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疏水电荷诱导置换色谱中吸附和置换过程的分子模拟研究

作　者: 吴瑕
导　师: 白姝
学　校: 天津大学
专　业: 生物化工
关键词: 疏水电荷诱导置换色谱分子动力学模拟粗粒化模型吸附过程置换过程蛋白质构象转换
分类号: O657.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

疏水电荷诱导置换色谱(HCIDC)将置换操作模式应用于疏水电荷诱导色谱,在抗体分离纯化方面具有不可比拟的优势,但其过程和机理不明,影响其工业化应用。本文利用粗粒化分子动力学模拟研究HCIDC的微观动态过程,考察其影响因素并解析其作用机理。首先通过均匀排布球形粒子的正六边形平板模拟色谱基质,其上偶联配基5-氨基吲哚。采用连接配基的两平行平板模拟色谱孔道,以溶菌酶为目标溶质,选取三丁基四癸基氯化磷(TC)、十六烷基二甲基苄基氯化铵(CC)和苄索氯铵(BC)为置换剂,按照Martini粗粒化力场的简化原则分别构建其粗粒化模型。在此基础上,以色谱孔道为研究对象,详细考察吸附和置换过程中溶菌酶、配基以及置换剂之间的相互作用模式、接触位点和能量,研究溶菌酶的构象变化过程、溶菌酶初始构象及配基密度对吸附过程的影响、置换剂种类及浓度对置换效果的影响。研究结果表明,吸附发生前,溶菌酶不断调整自身构象及方位以便与配基形成最低能量接触;吸附过程中,溶菌酶处于天然态—部分展开态的动态变化中,并以疏水相互作用与配基结合,其中129号残基LEU是关键吸附残基。高配基密度时,溶菌酶的吸附较强,但自身构象变化也较明显。置换过程中,置换剂与配基的疏水相互作用强于溶菌酶,且存在聚集—分散的动态平衡,可推动溶菌酶在基质平面上移动。置换剂BC属于化学选择性置换剂,而TC置换效果优于CC。高浓度置换剂的置换效果较好,而高配基密度可能会造成置换剂与配基结合过于牢固而难以洗脱。该研究初步阐释了HCIDC的分子机理以及配基密度、置换剂种类和浓度对色谱分离性能的影响,有助于指导色谱过程优化以及配基和置换剂的理性设计。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章文献综述  9-24
  1.1 抗体分离纯化技术  9-10
  1.2 疏水电荷诱导色谱  10-13
    1.2.1 原理及操作方法  10-11
    1.2.2 配基  11-13
  1.3 置换色谱  13-18
    1.3.1 原理及操作方法  14-15
    1.3.2 置换剂的筛选及开发  15-18
  1.4 疏水电荷诱导置换色谱  18-19
  1.5 分子动力学模拟  19-22
    1.5.1 原理及方法  19-21
    1.5.2 在蛋白质体系中的应用  21-22
  1.6 本文研究内容  22-24
第二章粗粒化模型的构建及验证  24-46
  2.1 引言  24-25
  2.2 模拟系统及模型构建  25-32
    2.2.1 色谱基质模型  25
    2.2.2 色谱配基模型  25-27
    2.2.3 色谱孔道模型  27
    2.2.4 蛋白质模型  27-28
    2.2.5 置换剂模型  28-32
    2.2.6 水分子模型  32
  2.3 模拟方法及参数设置  32-34
    2.3.1 模拟设备  32
    2.3.2 模拟过程及参数设置  32-34
  2.4 数据分析方法  34-37
    2.4.1 密度分析  34
    2.4.2 径向分布函数分析  34
    2.4.3 标准偏差分析  34-35
    2.4.4 氢键相互作用分析  35
    2.4.5 势能分析  35-36
    2.4.6 均方根偏差分析  36
    2.4.7 回转半径分析  36-37
  2.5 结果与讨论  37-45
    2.5.1 密度分析  37-38
    2.5.2 径向分布函数分析  38-40
    2.5.3 扩散系数分析  40-41
    2.5.4 氢键分析  41-42
    2.5.5 AI与水分子间非键相互作用分析  42-43
    2.5.6 AI分子结构变化分析  43-45
  2.6 小结  45-46
第三章吸附过程的分子动力学模拟  46-58
  3.1 引言  46-47
  3.2 模拟体系及方法  47-49
    3.2.1 模拟体系构建及模拟过程  47-48
    3.2.2 模拟参数设置  48
    3.2.3 数据分析方法  48-49
  3.3 结果与讨论  49-57
    3.3.1 配基密度对吸附的影响  49-50
    3.3.2 蛋白质初始构象对吸附的影响  50-52
    3.3.3 蛋白质与配基的相互作用  52-53
    3.3.4 蛋白质构象变化  53-55
    3.3.5 吸附位点及能量  55-57
  3.4 小结  57-58
第四章置换过程的分子动力学模拟  58-70
  4.1 引言  58
  4.2 模拟体系及方法  58-60
    4.2.1 模拟体系构建及模拟过程  58-59
    4.2.2 模拟参数设置  59
    4.2.3 数据分析方法  59-60
  4.3 结果与讨论  60-68
    4.3.1 能量分析  60-61
    4.3.2 蛋白质质心移动分析  61-62
    4.3.3 蛋白质结构变化分析  62-63
    4.3.4 配基密度的影响  63-64
    4.3.5 置换剂种类的影响  64-66
    4.3.6 置换剂浓度的影响  66-68
  4.4 小结  68-70
第五章结论与展望  70-72
  5.1 本文总结  70-71
  5.2 创新点  71
  5.3 未来工作的建议与展望  71-72
参考文献  72-78
致谢  78

疏水电荷诱导置换色谱中吸附和置换过程的分子模拟研究

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