检索结果-内蒙古大学图书馆

药学进展 2016年第9期40卷 689-694页

作者：毛一博顾月清中国药科大学生物医学工程教研室江苏南京210009

研究蛋白质和配体相互作用的结构和亲和力,不仅有助于了解蛋白质的功能,而且对药物研发以及药物作用机制的研究,也具有十分重要的意义。目前,人们通过人工检索和半自动检索的方式,从文献和蛋白质数据库(ProteinDataBank,PDB)中获得了许... 详细信息

研究蛋白质和配体相互作用的结构和亲和力,不仅有助于了解蛋白质的功能,而且对药物研发以及药物作用机制的研究,也具有十分重要的意义。目前,人们通过人工检索和半自动检索的方式,从文献和蛋白质数据库(ProteinDataBank,PDB)中获得了许多蛋白质-配体亲和力信息和生物相关配体信息,并构建了许多蛋白质-配体相互作用的信息数据库。对3个蛋白质-配体亲和力数据库和6个蛋白质晶体结构-配体生物相关性数据库进行介绍,并对其主要应用进行简述,希望能为实现高效准确地筛选和设计药物提供一定的帮助。

关键词：蛋白质-配体相互作用亲和力数据库生物相关性数据库

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蛋白质变构及蛋白质-配体相互作用的分子模拟研究

蛋白质变构及蛋白质-配体相互作用的分子模拟研究

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作者：王韦卜燕山大学

学位级别：博士

蛋白质是细胞内重要的一类生物大分子,能够折叠形成特定的空间结构,在细胞的各种生命过程中发挥着重要的生物学功能。随着X射线晶体衍射和冷冻电镜技术获取的蛋白质结构数据飞速增长,蛋白质结构-功能关系研究成为分子生物学领域有待解... 详细信息

蛋白质是细胞内重要的一类生物大分子,能够折叠形成特定的空间结构,在细胞的各种生命过程中发挥着重要的生物学功能。随着X射线晶体衍射和冷冻电镜技术获取的蛋白质结构数据飞速增长,蛋白质结构-功能关系研究成为分子生物学领域有待解决的重要科学问题。变构效应以及蛋白质-配体相互作用是蛋白质功能发挥和功能调控的重要方式,如何从蛋白质结构出发预测其变构路径以及识别蛋白质-配体相互作用的关键残基是蛋白质结构-功能关系研究的重要内容,上述问题的研究有助于揭示蛋白质发挥功能的分子机制,同时为蛋白质工程改造和药物设计提供有效靶点,具有重要的科学意义和应用价值。在本论文中,基于弹性网络模型(Elastic Network Model,ENM)和统计物理学理论,发展了一种非平衡动力学模拟方法并成功用于蛋白质变构路径识别研究,提出了一种蛋白质内部力分布计算方法,揭示了蛋白质机械性能变构调控的物理机制。此外,利用分子动力学(Molecular Dynamics,MD)模拟结合分子力学/广义波恩表面积(Molecular Mechanics/Generalized Born Surface Area,MMGBSA)方法研究了新型冠状病毒(Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2,SARS-CoV-2)以及诺如病毒(Norovirus,No V)与受体结合的关键残基及其进化机制。具体研究内容如下:首先,基于ENM提出了一种识别蛋白质变构信号传递路径的非平衡动力学模拟方法。在该方法中,对变构位点的残基进行扰动,在正则模空间模拟微扰信号的传播过程。进而,将模拟结果变换到笛卡尔坐标空间来识别蛋白质内部的变构信号传递路径。我们以肌球蛋白和PSD-95蛋白的第三个PDZ结构域为例,验证了所提出方法的有效性。根据蛋白质结构中不同残基的激发时间和响应强度,成功识别出上述两个蛋白质体系的变构路径,预测结果与实验观测结果相吻合。研究结果表明,与传统的交叉关联运动分析方法相比,我们所提出的方法能够更好地识别蛋白质中特异性的变构传递路径。其次,在ENM的基础上,基于线性响应近似,发展了一种蛋白质内部力分布的计算方法,并以此分析配体结合对GB1蛋白和CBDChe A蛋白机械稳定性的影响。在该方法中,对蛋白质体系两端进行外力拉伸,利用线性近似,计算体系内部的形变情况以及内力分布情况,通过对比配体结合前后蛋白质体系的力分布变化来分析配体结合部位与抗力部位的长程耦合作用。基于上述分析,提出了配体结合增强GB1蛋白机械稳定性的物理机制,为蛋白质机械性能调控和生物传感器的设计提供了有价值的理论分析手段。最后,利用MD模拟结合MMGBSA方法对SARS-CoV-2以及No V与受体相互作用机制和关键残基进行了分析。针对SARS-CoV-2,计算了S蛋白受体结合结构域与受体人类血管紧张素转换酶2型以及多种中和性抗体的结合自由能,并分析了关键残基突变E484K对受体及中和性抗体亲和力的影响,在此基础上提出了E484K引起电荷反转以及结合界面的构象调整,进而导致病毒传染性增强及免疫逃逸的分子机制。针对No V,计算了不同流行株衣壳蛋白VP1与受体组织血型抗原的结合自由能,并利用能量分解,分析了不同残基对结合自由能的贡献,在此基础上提出了病毒进化导致结合口袋构象变化,进而增强病毒与受体结合强度的分子机制。

关键词：蛋白质变构效应蛋白质-配体相互作用分子动力学模拟弹性网络模型

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核磁共振技术在蛋白质-配体相互作用研究中的应用

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宁波化工 2011年第1期 9-14页

作者：金晨婷武光亮上海大学环境与化学工程学院上海200444 江苏启创化工有限公司江苏224555

蛋白质与配体的相互作用在生物分子的识别和信号传递过程中起着非常重要的作用,其对药物设计和筛选都有重要的科学意义。核磁共振技术已经成为研究蛋白质-配体相互作用的一种重要方法。本文简要介绍了核磁共振技术在蛋白质与配体之间的... 详细信息

蛋白质与配体的相互作用在生物分子的识别和信号传递过程中起着非常重要的作用,其对药物设计和筛选都有重要的科学意义。核磁共振技术已经成为研究蛋白质-配体相互作用的一种重要方法。本文简要介绍了核磁共振技术在蛋白质与配体之间的相互作用方面的发展状况和应用。通过介绍蛋白质或配体与复合物的化学交换类型以及所能获得的有关蛋白质-配体相互作用的信息,应用核磁共振技术来研究其动力学等信息。

关键词：核磁共振蛋白质蛋白质-配体相互作用蛋白质分子动力学

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蛋白质与配体相互作用的核磁共振波谱研究

蛋白质与配体相互作用的核磁共振波谱研究

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作者：聂瑶中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所)

学位级别：博士

蛋白质作为细胞生物功能的执行者主要取决于它们的三维结构,其中既包括天然折叠的结构蛋白,也有缺乏稳定结构的固有无序蛋白。不同的蛋白可以实现细胞不同的生理过程,蛋白质三维结构的解析有助于阐明蛋白质行使功能的分子机制。因此,蛋... 详细信息

蛋白质作为细胞生物功能的执行者主要取决于它们的三维结构,其中既包括天然折叠的结构蛋白,也有缺乏稳定结构的固有无序蛋白。不同的蛋白可以实现细胞不同的生理过程,蛋白质三维结构的解析有助于阐明蛋白质行使功能的分子机制。因此,蛋白质结构研究一直是生命科学领域中的一个重要部分。蛋白质与配体的相互作用是细胞实现特定功能的基础。蛋白质-配体相互作用作为细胞内一种极其重要的生物分子活动参与细胞周期的各个生物学过程,诸如信号传导、能量代谢、基因调控、酶催化、免疫反应等过程均伴随着相关蛋白质与底物、配体或小分子的结合。蛋白质-配体相互作用及其组成的作用网络的研究不仅有助于我们认识生命活动的分子机制,同时对临床疾病的诊断和治疗也具有重要意义。核磁共振波谱作为研究蛋白质结构和与其它生物分子相互作用的重要方法,特别是对溶液中蛋白质的研究独具优势。本论文选取了三个蛋白一人源蛋白GAS7-SH3,羊驼纳米抗体Nb26(两者均为天然折叠蛋白)和人源蛋白TGIF1-RD2(预测为内源性无序蛋白)作为研究对象,基于核磁共振波谱方法并结合其它生物物理和生物化学方法对它们的结构与功能展开研究,具体的研究结果如下:1.人源蛋白GAS7-SH3结构解析与特异性多肽配体的筛选。人源GAS7基因可以表达三种GAS7亚型蛋白,其中只有GAS7c的N端包含SH3结构域。目前为止,GAS7-SH3结构域的结构和功能仍不清楚。我们解析了 GAS7-SH3蛋白的液体核磁结构,发现GAS7-SH3的结构为典型的SH3蛋白折叠模式,即包含5个β折叠以及1个310螺旋。结构和序列比较表明GAS7-SH3与ABL-SH3结构域在结构上高度相似。ABL-SH3通过传统方式与富含脯氨酸的多肽P41高亲和力结合,结合区域包括两个疏水口袋和RT-loop区的一个特异性位点。然而与ABL-SH3不同的是,NMR滴定显示GAS7-SH3蛋白中只有RT-loop区的6个残基以及两个疏水口袋附近的2个残基发生了明显的化学位移扰动,这表明GAS7-SH3与P41的亲和力较低,并且属于非典型的结合模式。此外,利用噬菌体展示文库筛选的4个多肽配体与GAS7-SH3的结合也较弱,其与GAS7-SH3的结合区域也主要位于RT-loop。本研究表明GAS7-SH3虽然具有典型的SH3折叠模式,但可能具有独特的配体结合特异性。2.人源蛋白TGIF1-RD2(256-401)的同源寡聚作用及其识别辅阻遏蛋白SIN3A-PAH2的分子机制研究。人源转化生长相互作用因子TGIF1是细胞分化必不可少的调节蛋白,本课题组前期对TGIF1的特异性DNA结合结构域HD的结构与功能关系进行了深入研究。本论文则聚焦于TGIF1-RD2(256-401)结构域的结构和功能研究,其可以与多种蛋白质相互作用,以介导TGIF1作为“枢纽”蛋白参与细胞多种信号通路。本文通过重组表达成功制备了 TGIF1-RD2(256-401)蛋白样品。结构研究表明TGIF1-RD2(256-401)在溶液中为内源无序性蛋白,但其碳端的376-401区间含有一定比例的α螺旋结构。酵母双杂交表明TGIF1-RD2(256-401)在细胞内的同源寡聚作用主要由376-401氨基酸之间的区域介导,F379、L381、L382、V385和L387残基对其同源寡聚至关重要。同时,TGIF1-RD2(256-401)蛋白的 376-401 区间对于 TGIF1-RD2(256-401)与SIN3A-PAH2的相互作用是必需的。核磁滴定和突变显示TGIF1-RD2(256-401)碳端的疏水残基F379、L382和V385是与SIN3A-PAH2相互作用的关键位点。上述研究表明TGIF1-RD2(256-401)碳端的376到401区间对其同源寡聚作用以及与SIN3A-PAH2的相互作用均至关重要,并且介导两种相互作用的关键残基也高度一致。TGIF1-RD2(256-401)的同源寡聚作用与SIN3A-PAH2的相互作用是否存在竞争以及这两种生物学功能之间的深度联系还有待进一步研究。3.纳米抗体Nb26识别黄曲霉毒素AFB1的分子机制研究。纳米抗体作为目前最小的抗原结合实体,因其在生物技术应用中的便利性而受到越来越多的关注。近年来,许多纳米抗体与蛋白质抗原结合的结构模型得到了很好的表征,但关于识别小分子半抗原的纳米抗体结构研究较少。我们解析了特异性识别小分子半抗原AFB1的纳米抗体Nb26的液体磁结构,Nb26整体结构呈典型的抗体重链可变区(VHH)折叠模式。荧光和核磁滴定表明Nb26与AFB1有较高的亲和力,Nb26的FR2和CDR3区对AFB1的识别尤为重要,这暗示了一种新颖的结合模式。以上研究为进一步开发和改造半抗原特异性的纳米抗体功能提供了有用的结构信息。综上所述,本论

关键词：核磁共振波谱蛋白质三维结构解析 GAS7-SH3 TGIF1-RD2 纳米抗体Nb26 蛋白质-配体相互作用

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蛋白质和配体相互作用研究以及小肽抑制剂设计方法初探

蛋白质和配体相互作用研究以及小肽抑制剂设计方法初探

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作者：庞小东复旦大学

学位级别：博士

本论文主要是报导通过蛋白质全电子结构计算研究蛋白质和配体相互作用规律,以及应用统计理论建立数学模型辅助设计小肽抑制剂两方面的研究结果。研究蛋白质和配体相互作用的规律,对于药物设计有很重要的应用价值。然而,至今我们没有能... 详细信息

本论文主要是报导通过蛋白质全电子结构计算研究蛋白质和配体相互作用规律,以及应用统计理论建立数学模型辅助设计小肽抑制剂两方面的研究结果。研究蛋白质和配体相互作用的规律,对于药物设计有很重要的应用价值。然而,至今我们没有能够从电子结构的水平上去解释蛋白质和配体相互作用的分子机理。因此,我们结合了蛋白质全电子结构计算,表面疏水口袋计算和微扰理论研究蛋白质和配体相互作用,并发现了两条规则。规则一,蛋白质和配体的相互作用只发生在蛋白质的最低未占据分子轨道(Lowest Unoccupied Molecular Orbital, LUMO)和配体的最高占据分子轨道(Highest Occupied Molecular Orbital, HOMO)之间,而不是在蛋白质的HOMO和配体的LUMO之间。规则二,那些既在蛋白质的LUMO上又在蛋白质表面某一个口袋里的残基或原子,就是蛋白质的活性残基或活性原子,对应的口袋就是蛋白质的活性口袋。这两条规则主要源自于蛋白质能级结构的特征,能为药物设计提供本质性的指导。这两条规则在蛋白质亲环蛋白A(Cyclophilin A, CypA)和配体环孢素A(Cyclosporine A, CsA),以及FK506结合蛋白(Fk506-Binding Protein of 12 kDa, FKBP12)和配体FK506之间得到很好的验证。此外,我们还通过结合蛋白质全电子结构计算和分子动力学研究FKBP12和配体FK506的生物活性和温度关系。结果表明,蛋白质FKBP12在室温(302K)时活性最强,这是因为此温度下其能隙最小。用我们的方法确定的蛋白质FKBP12的活性残基和活性原子与实验结果符合得很好。我们还发现蛋白质的活性残基在分子动力学模拟过程中均方根位移较小,这表明蛋白质的活性区域比较稳定。基于肽类的药物设计近年来已逐渐成为研究的热点。本论文中,我们提出了两种用于小肽抑制剂的设计和筛选的方法：数学模型筛选法和理性数据库筛选法。数学模型筛选法,结合了蛋白质和配体相互作用的两条规则,MJ矩阵和隐马可夫模型,是一个适合于大规模的小肽抑制剂筛选的数学模型。我们利用数学模型筛选法为蛋白质CypA和FKBP12分别筛选了小肽抑制剂Ala-Gly-Pro(AGP)和Gly-Gln。而理性数据筛选法,主要是通过理性的设计一个小规模的小肽数据库用于精确筛选。我们设计了一个含有40个小肽的数据库,然后用理性数据库筛选法为蛋白质CypA筛选了小肽抑制剂Trp-Gly-Pro(TGP)。进一步的生物实验表明我们的方法筛选出来的小肽抑制剂是有很强的抑制效果的。蛋白质酶活性测试实验表明,小肽抑制剂AGP和TGP对于蛋白质CypA都有较强的抑制作用,特别是TGP的抑制常数可以达到纳摩(nM)量级,与阳性对照CsA在同一个水平。此外,蛋白质和配体结合力测试实验也表明我们筛选出来的小肽抑制剂的结合常数为微摩量级,与阳性对照CsA也在同一量级上。实验结果很令人鼓舞,也允分表明了我们提出的筛选方法是有效的。

关键词：蛋白质-配体相互作用全电子结构计算分子动力学分子对接虚拟筛选计算机辅助药物设计小肽抑制剂隐马可夫模型活性残基活性原子前线轨道

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蛋白质—配体及蛋白质—细胞相互作用的研究策略

蛋白质—配体及蛋白质—细胞相互作用的研究策略

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作者：朱莉思北京协和医学院

学位级别：博士

蛋白质几乎参与所有的生物学过程。他们通过与其他蛋白质或者其他分子发生相互作用行使功能。本论文建立了两个研究蛋白质相互作用的蛋白质组学新策略：4Facts策略用于鉴定实时的蛋白质-配体相互作用；4S策略用于整体分析蛋白质-细胞相... 详细信息

蛋白质几乎参与所有的生物学过程。他们通过与其他蛋白质或者其他分子发生相互作用行使功能。本论文建立了两个研究蛋白质相互作用的蛋白质组学新策略：4Facts策略用于鉴定实时的蛋白质-配体相互作用；4S策略用于整体分析蛋白质-细胞相互作用。 4Facts策略——快速固定(Fast Fix)、亲和捕获(Fish)、分子量筛选(Filter),可以在不对生物学样品进行预先干预的条件下全面、灵敏而准确地研究实时原位的蛋白质-配体相互作用。在本策略中,SDS-PAGE (十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳)被用于打断非共价结合以去除未被共价交联的复合物,以及提供分子量信息用于筛选配体蛋白。候选蛋白被认定为靶蛋白的配体蛋白,需要同时满足以下三个条件：第一,必须与靶蛋白在同一胶条中被鉴定；第二,必须在实验组胶条中被鉴定,而不出现在相同、相邻或更高分子量范围的对照组胶条中；第三,所在胶条的分子量范围包含或大于它与靶蛋白的理论分子量之和。我们将4Facts策略应用于人血液中的蛋白质-配体相互作用,以血浆白蛋白以及转铁蛋白为例展示该策略的可行性。人血液不经任何处理被直接加入10%的甲醛溶液中进行5秒的快速交联反应。运用该策略,我们鉴定到35个白蛋白的配体以及52个转铁蛋白的配体。与此前三个主要的白蛋白相互作用蛋白质组学研究进行比较,本研究鉴定到的35个白蛋白配体中的68.57%在其他研究中也被鉴定到。该策略实现了5秒的短时间交联,未来可能被应用于研究动态的蛋白质-蛋白质相互作用。 4S策略——表面酶切(Surface Shaving)结合种属特异性(Species Specificity),可以被用于整体分析不同物种间的蛋白质-细胞相互作用。我们以牛血清-人Ca Ski细胞相互作用为例来说明4S策略。牛血清培养的Ca Ski细胞在经过三次PBS洗涤之后与胰酶孵育。表面酶切上清以及作为对照的牛血清和细胞裂解液被收集,用于质谱分析。一些蛋白质因为共享多肽而无法被定量。我们把共享多肽的谱图数按照各蛋白所含种属特异的多肽的谱图数的比例,分配给各个蛋白,然后通过NSAF值对牛源蛋白(包含牛种属特异的肽)以及人源蛋白(包含人种属特异的肽)进行定量。运用该策略,30个牛源蛋白相对于牛血清被富集,我们认为这些牛血清蛋白与人Ca Ski细胞发生相互作用,可能在细胞培养中起着重要作用。基因注释显示它们之中的大部分具有结合功能。另外,216个人源蛋白相对于细胞裂解液被富集,它们可能是细胞膜蛋白或者分泌蛋白。该策略实现了对不同物种间蛋白质-细胞相互作用的整体分析,未来可能被应用于病原-宿主微环境相互作用。

关键词：蛋白质-配体相互作用蛋白质-细胞相互作用甲醛交联表面酶切质谱

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预测错义突变对蛋白质—配体以及蛋白质—蛋白质相互作用的影响

预测错义突变对蛋白质—配体以及蛋白质—蛋白质相互作用的影响

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作者：孙婷婷苏州大学

学位级别：硕士

蛋白质与配体的相互作用对生物体内发生的许多过程有着至关重要的作用,触发多种信号转导过程。改变配体与蛋白质结合的错义突变是导致遗传疾病和耐药性的关键机制。此外,药物靶点上的突变也是产生耐药性的主要原因。目前,Rosetta以及炼... 详细信息

蛋白质与配体的相互作用对生物体内发生的许多过程有着至关重要的作用,触发多种信号转导过程。改变配体与蛋白质结合的错义突变是导致遗传疾病和耐药性的关键机制。此外,药物靶点上的突变也是产生耐药性的主要原因。目前,Rosetta以及炼金术自由能计算方法被广泛用于预测突变引起的蛋白质-配体结合亲和力的变化,但是效果仍不令人满意,需要在准确性和速度上进一步提高。因此,我们开发了在计算成本和精度之间进行权衡的机器学习方法PremPLI,用于定量估计突变引起的亲和力变化。该方法在来自360个复合物的796个突变上进行训练,由11个对模型有显著贡献的特征构建随机森林回归函数。实验测量值与预测值之间的皮尔森相关系数为0.70,对应的均方根误差为1.08 kcal mol-1。我们在两个基准数据集上对PremPLI与其他可用方法的预测性能进行全面比较,证实了我们的方法运行稳定。PremPLI可以相对准确地估计结合亲和力变化并且区分耐药性突变和易感突变,但所需的计算资源却很少。PremPLI 可从 https://***/research/PremPLI/免费获取。蛋白质-蛋白质相互作用在大多数生物学过程中都是必不可少的。目前有很多定量预测突变对蛋白质-蛋白质结合亲和力影响的计算方法,但它们在识别打破蛋白质-蛋白质相互作用的突变方面精确度有限。这里,我们引入一种新的预测方法PremDPPI,用于鉴别打破蛋白质-蛋白质相互作用的突变。PremDPPI使用随机森林分类函数,由10种基于序列和结构的特征组成。PremDPPI模型在三种交叉验证中表现较好,其中准确率不低于0.90,精确度不低于0.86,且马修斯相关系数不低于0.75。PremPLI和PremDPPI有助于找到功能上的重要突变、识别耐药性突变以及发现潜在的药物靶点。

关键词：蛋白质-配体相互作用蛋白质-蛋白质相互作用机器学习方法错义突变

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非变性离子淌度质谱在蛋白质结构及构象疾病研究方面的应用

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质谱学报 2022年第6期43卷 730-739,I0004页

作者：庄小禹边新宇刘舒刘志强宋凤瑞上海中医药大学科技实验中心上海201303 中国科学院长春应用化学研究所长春质谱中心&吉林省中药化学与质谱重点实验室吉林长春130022

离子淌度质谱技术可以分离空间尺寸或构象不同的离子,能够在近似生理条件下表征蛋白质及其复合物的构象,可提供蛋白质及其复合物的构象稳定性及异质性、化学计量比等多重信息,已成为蛋白质构象及蛋白质-配体相互作用研究的重要手段。非... 详细信息

离子淌度质谱技术可以分离空间尺寸或构象不同的离子,能够在近似生理条件下表征蛋白质及其复合物的构象,可提供蛋白质及其复合物的构象稳定性及异质性、化学计量比等多重信息,已成为蛋白质构象及蛋白质-配体相互作用研究的重要手段。非变性离子淌度质谱还具有灵敏捕获蛋白质构象动态转变的特点,适用于低浓度、高异质性的蛋白混合物分析。本文综述了离子淌度质谱的基本原理、获取数据及信息形式、以及在蛋白质构象及蛋白质-配体相互作用研究领域的应用进展,重点关注其在蛋白质错误折叠、聚集动力学及与配体相互作用的应用研究。

关键词：离子淌度质谱(IM-MS) 蛋白质结构及构象蛋白质错误折叠构象病蛋白质-配体相互作用

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蛋白质-配体分子对接中构象搜索方法

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数据采集与处理 2018年第4期33卷 586-594页

作者：常珊陆旭峰王峰江苏理工学院电气信息工程学院生物信息与医药工程研究所常州213001 常州大学信息科学与工程学院常州213164

分子对接是研究蛋白质-配体分子间相互作用与识别的有效方法。分子间的相互作用过程中形成的近天然构象是结合自由能极低的构象,快速且准确搜索能量极低的构象对于蛋白质-配体分子对接至关重要。本文回顾了蛋白质-配体分子对接中主要的... 详细信息

分子对接是研究蛋白质-配体分子间相互作用与识别的有效方法。分子间的相互作用过程中形成的近天然构象是结合自由能极低的构象,快速且准确搜索能量极低的构象对于蛋白质-配体分子对接至关重要。本文回顾了蛋白质-配体分子对接中主要的构象搜索算法,包括快速穷举搜索、启发式搜索和其他搜索方法,并列举了采用不同搜索算法的代表性分子对接软件。其次,介绍了蛋白质-配体分子对接的国际评估实验、常用的测试标准库和评价的重要指标。最后,分析并指出了当前蛋白质-配体对接构象搜索方法所存在的主要问题,并对未来的工作进行了展望。

关键词：蛋白质-配体相互作用构象搜索方法分子对接

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蛋白质热稳定性及其与抗癌多肽和污染物分子相互作用研究

蛋白质热稳定性及其与抗癌多肽和污染物分子相互作用研究

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作者：许先进北京工业大学

学位级别：博士

蛋白质是一切生命活动的基础，参与了细胞生命活动的每一个进程。蛋白质所行使的各种生物功能与它的三维结构密切相关，即蛋白质必须形成特定的空间结构才能行使其特定的生物学功能。蛋白质主要由常见的20种氨基酸构成，而一条氨基酸序... 详细信息

蛋白质是一切生命活动的基础，参与了细胞生命活动的每一个进程。蛋白质所行使的各种生物功能与它的三维结构密切相关，即蛋白质必须形成特定的空间结构才能行使其特定的生物学功能。蛋白质主要由常见的20种氨基酸构成，而一条氨基酸序列是如何决定其特定的三维结构，进而发挥特定的生物学功能，一直是科学家们研究的热点问题。蛋白质功能的发挥必须与其他分子相互作用，可以将这些与蛋白质相互作用的分子统称为蛋白质的配体，包括其他蛋白质、多肽、DNA、RNA、小分子等等。蛋白质行使功能的过程可被粗略地看作是蛋白质与配体的结合-转化-释放的过程。对蛋白质-配体复合物结构以及识别机制的研究将有助于我们对生命基本过程的进一步理解。对蛋白质结构和功能的研究不仅可以探索生命的基本过程，还可以促进众多应用领域的快速发展，例如蛋白质进化工程、生物制药、环境污染的监控与治理等等。蛋白质所具有的一些特性，例如酶的催化效率和特异性倍受工业界青睐，然而在实际的工业生产条件下（高温、高压、极端pH等环境），天然蛋白质的结构和功能往往会遭到破坏。对蛋白质结构稳定性的研究可以为改造设计适合工业用途的蛋白质提供理论支持。在医药领域，越来越多的蛋白质被确定与许多疾病直接相关，并且可以作为药物作用的靶标，针对蛋白质靶点的药物设计已经成为药物研究的重要内容。小分子、蛋白质以及多肽等都可以作为药物，与靶点蛋白质相互作用来发挥药效。对蛋白质-配体相互作用及识别机制的研究将有助于针对特定靶点的药物设计。另外，体内的众多蛋白质不仅可以是药物分子的作用靶标，同样也是污染物分子的攻击靶点。大量研究显示，人类活动产生的污染物分子能够进入体内，直接与蛋白质结合，干扰蛋白质正常生理功能的发挥，导致疾病的发生。对蛋白质与污染物分子相互作用的研究，不但可以进一步理解这些污染物的致病机理，还可能为研制检测环境中污染物的生物传感器以及催化污染物降解的酶提供有用的信息。本论文主要研究了以下几方面的内容：（1）一种超嗜热蛋白质及其突变体的热稳定性和去折叠研究；（2）运用拉伸分子动力学方法研究抗癌多肽与肿瘤抑制蛋白p53所形成的复合物；（3）持久性有机污染物（POPs）与受体蛋白质相互作用及抑制机理研究；（4）POPs的反向虚拟筛选。具体研究内容和创新点如下：（1） Sso7d及其突变体的热稳定性和去折叠研究来自超嗜热古硫化叶菌(Sulfolobus solfataricus)的DNA结合蛋白质Sso7d的变性温度高达98℃，而将第31位苯丙氨酸突变成丙氨酸后发现，蛋白质的热稳定性和压力稳定性都大为降低。我们运用分子动力学(MD)模拟方法，分别在300、371、500K的温度下对Sso7d和突变体进行长时间的MD模拟，对该蛋白质的野生型和突变体的热稳定性和去折叠路径进行研究。结果显示，蛋白质内部的氢键、盐桥、疏水核心、疏水核心内部形成的芳香簇以及二级结构都对超嗜热蛋白质Sso7d的结构稳定性具有重要作用。另外，高温下的MD模拟结果显示，野生型和突变体沿着两条明显不同的路径进行去折叠。（2）抗癌多肽p28与肿瘤抑制蛋白p53的拉伸分子动力学研究最近研究发现，来自blue copper azurin蛋白质的28个氨基酸组成的多肽（p28）能够进入癌细胞，与肿瘤抑制蛋白p53形成复合物增加细胞内p53的数目，进而抑制癌细胞的繁殖。对p28和p53的原子力光谱(atomic forcespectroscopy, AFS)实验显示，p28能与p53的DNA结合域（DNA binding domain,DBD）相互作用。我们运用拉伸分子动力学(steered molecular dynamics, SMD)模拟方法研究了p53DBD与p28形成的复合物的解离过程，在原子尺度上观测了p53DBD-p28复合物解离过程的详细信息，并使用一些合适的理论模型，对复合物形成的能量地貌及热力学性质等信息进行分析。这些结果揭示了复合物形成的分子机理，并将有助于以p53为靶点的多肽药物设计。（3） POPs与受体蛋白质相互作用研究 POPs是一类具有长期残留性、生物蓄积性、高毒性以及长程迁移等特性的环境污染物，它们的暴露会导致人类和动植物各种疾病的发生，已经成为一种新的全球性环境问题。研究发现，POPs能够通过特异性地结合到生物体内的一些蛋白质上，发挥其致病机制。在本论文的工作中，主要研究了三种具有代表性的POPs分子：TCDD，4,4’-DDE和CB-153。对TCDD的毒理研究显示，它不仅可以通过芳香烃受体AhR干扰相关基因的表达，还能够抑制酪氨酸激酶CK2的活性。我们运用计算机模拟方法，如分子相似性分析、分子对接、分子动力学及结合自由能计算等，分析了TCDD

关键词：蛋白质热稳定性蛋白质-配体相互作用分子模拟持久性有机污染物

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