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几种蛋白结构和功能的研究

作　者: 冯献礼
导　师: 黄旭日
学　校: 吉林大学
专　业: 物理化学
关键词: 分子动力学模拟本质动力学分析柔性
分类号: O629.73
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

近年来，随着信息技术的快速发展，分子动力学模拟成为研究生物大分子结构、功能、性质的重要方法之一。它可以从原子水平，相当长的时间尺度对生物大分子以及复杂生物体系进行分子动力学模拟，为实验提供更加深入的阐释和指导。本论文用分子动力学模拟方法就几种蛋白的结构和性质进行对比分析。这些体系有：结构极其相似的极端嗜热核糖结合蛋白和嗜热蛋白的热力学稳定性的对比分析、研究点突变(108Met→108Leu)对树胶醛糖结合蛋白与配体作用影响的比较、色氨酸抑制蛋白和其突变体展现出的长程相互作用的对比。具体工作如下：1.分子动力学模拟极端嗜热核糖结合蛋白的嗜热机理在常温（300K）和各自的最佳活性温度时，分别对极端嗜热核糖结合蛋白Thermoanaerobacter tengcongensis ribose binding protein (tteRBP)和嗜热核糖结合蛋白Escherichia coli ribose binding protein (ecRBP)分子进行动力学模拟，结果表明，两个蛋白在常温和最佳活性温度下分别保持整体分子的结构稳定，但分子内部的协调运动不同。通过两个蛋白在常温和最佳活性温度的结构分别对比显示，极端嗜热结合蛋白有更强的侧链相互作用和分子柔性，能以更合理的构象适应环境。2.研究点突变(108Met→108Leu)对树胶醛糖结合蛋白与配体作用影响对树胶醛糖结合蛋白(ABP)、ABP结合树胶醛糖复合物、ABP结合半乳糖复合物和它们各自的突变体分别进行60ns的分子动力学模拟。试图从原子水平解释配体结合能力明显差异的原因。模拟结果表明：108号残基突变前后，等排电子体的两个氨基酸残基使蛋白与配体间的范德华相互作用发生明显变化，且导致蛋白的内部运动也发生变化，进而影响蛋白与配体的相互作用，进一步分析表明突变前后的蛋白构象变化都趋向于两个结构域张开，配体的结合能减缓张开程度。3.色氨酸抑制蛋白和其突变体展现出的长程相互作用的对比分子动力学模拟和anisotropic thermal diffusion dynamics (ATD)模拟色氨酸抑制蛋白和其突变体的动力学特性，发现色氨酸抑制蛋白和其突变体都有源于残基75的信号传递，而且突变体信号传递更强。这种信号传递就是长程作用，TrpR和mTrpR同时存在长程作用，实验上通过对比发现了这种作用，它不是突变赋予的，是本身固有的。75号残基的突变增强了信号传导能力，使人们通过实验发现了这种长程作用。而且二者的信号传递过程差别明显，这就使得不同残基对整个蛋白的影响通过有差别的方式传递出去，从而影响蛋白的内部分子动力学和侧链相互作用等等。常规动力学模拟也对二者不同的蛋白内部分子运动、柔性、侧链相互作用等做了验证。同时两个突变残基75在信号传递过程中作用相同。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-12
第1章绪论  12-17
第2章理论基础和计算方法  17-29
  §2.1 Born-Oppenheimer 近似  17-18
  §2.2 力场  18-19
    §2.2.1 力场的组成和参数化  18-19
    §2.2.2 力场的能量表示形式  19
    §2.2.3 常用力场  19
  §2.3 分子力学  19-22
    §2.3.1 优化的概念  20
    §2.3.2 优化算法  20-21
    §2.2.3 优化时的注意事项  21-22
  §2.4 分子动力学模拟  22-27
    §2.4.1 分子动力学模拟的基本原理  22-23
    §2.4.2 积分算法  23-24
    §2.4.3 长程相互作用  24-26
    §2.4.4 边界条件  26
    §2.4.5 提高效率的方法  26-27
    §2.4.6 分子动力学的计算流程  27
  §2.5 本质动力学  27
  §2.6 ATD 模拟  27-29
第3章分子动力学模拟 tteRBP 和 ecRBP 的热力学稳定性  29-60
  §3.1 引言  29-30
  §3.2 模型和理论方法  30-32
    §3.2.1 模拟系统  30
    §3.2.2 分子动力学模拟  30
    §3.2.3 本质动力学分析  30-32
  §3.3 结果和讨论  32-55
    §3.3.1 模拟系统的平衡和全体结构的稳定性  32-34
    §3.3.2 结构变化的分析  34-37
    §3.3.3 柔性变化的分析  37-41
    §3.3.4 本质动力学分析  41-55
  §3.4. 结论  55-60
第4章分子动力学模拟研究点突变(108Met→108Leu)对树胶醛糖结合蛋白与配体作用的影响  60-71
  §4.1. 引言  60-61
  §4.2. 计算方法  61-64
  §4.3. 结果与讨论  64-70
    §4.3.1. 动力学体系的平衡  64
    §4.3.2. 蛋白结构变化的分析  64-65
    §4.3.4 蛋白和配体间相互作用  65-67
    §4.3.5 突变前后 108 号残基与蛋白和配体间相互作用的变化  67-68
    §4.3.6 本质动力学分析  68-70
  §4.4 结论  70-71
第5章分子动力学模拟研究色氨酸抑制蛋白和其突变体的长程相互作用  71-88
  §5.1 引言  71-72
  §5.2 材料和方法  72-75
    §5.2.1 分子动力学模拟  72
    §5.2.2 本质动力学分析  72-75
    §5.2.3 各向异性热扩散动力学模拟  75
  §5.3 结果与讨论  75-83
    §5.3.1 模拟平衡和结构变化  75-77
    §5.3.2 柔性分析  77-78
    §5.3.3 本质动力学分析  78
    §5.3.4 信号传递  78-83
  §5.4 结论  83-88
参考文献  88-100
攻读学位期间发表论文  100-101
致谢  101

几种蛋白结构和功能的研究

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