本文關鍵詞：蛋白質(zhì)—肽相互作用的分子動力學模擬研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：蛋白質(zhì)的球形結(jié)構(gòu)域與另一蛋白質(zhì)的線狀肽鏈之間發(fā)生的相互作用被稱為蛋白質(zhì)-肽相互作用。該相互作用廣泛存在于生物體內(nèi),在信號傳導、細胞凋亡、免疫系統(tǒng)以及其他許多生命過程中扮演著重要角色。相互作用中的蛋白質(zhì)也因此成為藥物設計的重要靶標。本論文在已有研究的基礎上,通過分子動力學模擬和能量計算的方式,對蛋白質(zhì)-肽識別過程中長期被人們所忽視的肽鏈的柔性問題進行了系統(tǒng)調(diào)研,并對其中一組蛋白質(zhì)-肽復合物的結(jié)構(gòu)和能量進行了細致研究,從分子層面上解釋了復合物之間親和力不同的原因,為肽鏈配體設計提供了理論指導。1.對蛋白質(zhì)-肽識別過程中肽鏈柔性的研究。為了系統(tǒng)地調(diào)研和定量地表征肽鏈的柔性在蛋白質(zhì)-肽識別過程中的重要性,我們從PDB數(shù)據(jù)庫中選取了20個不同的蛋白質(zhì)-肽復合物,對復合物及其自由狀態(tài)下的肽鏈進行分子動力學模擬和能量計算。結(jié)果表明：在蛋白質(zhì)-肽識別過程中,肽鏈的構(gòu)型熵懲罰大于自身的變構(gòu)能而成為間接讀出能的主要內(nèi)容,這與傳統(tǒng)的生物分子識別過程中間接讀出能主要來源于變構(gòu)能不同；其中,有15個復合物中肽鏈的構(gòu)型熵懲罰高于直接讀出能絕對值的一半以上,這表明熵效應對蛋白質(zhì)-肽識別過程的影響不可忽略,證明了肽鏈的柔性在蛋白質(zhì)-肽識別過程中的重要性；肽鏈構(gòu)型熵懲罰與直接讀出能之間存在中等程度的負相關,表明肽鏈構(gòu)型熵懲罰的大小并不等同于熵效應的大小。此外,對肽鏈構(gòu)型熵懲罰影響因素的討論,對殘基平均熵懲罰與肽鏈二級結(jié)構(gòu)之間關系的研究,對肽鏈的柔性與肽鏈二級結(jié)構(gòu)和氫鍵之間關系的研究以及對自由狀態(tài)下肽鏈柔性的氨基酸傾向的統(tǒng)計研究,都為深入了解蛋白質(zhì)-肽識別過程中肽鏈的柔性問題提供了理論依據(jù)。2.對EHD1 EH domain與多條肽鏈相互作用的分子動力學模擬。在肽鏈柔性問題的調(diào)研過程中,EHD1 EH domain與分別含有NPF、DPF和GPF模體的三條肽鏈之間形成的三個復合物,由于其序列和結(jié)構(gòu)十分相似但親和力相差較大而引起了我們的關注。為了研究三者親和力差異的具體原因,我們對3個復合物進行了分子動力學模擬、MM/GBSA計算和殘基能量分解分析,并結(jié)合FoldX丙氨酸掃描實驗確定了三個復合物中肽鏈上的熱點殘基,從結(jié)構(gòu)和能量兩個角度闡明了親和力不同的原因,為肽鏈配體設計提供了有用信息。研究結(jié)果表明：范德華相互作用是引起三個復合物親和力差異的主要原因；肽鏈中模體殘基對復合物結(jié)合自由能的貢獻遠遠大于側(cè)面殘基；肽鏈中的側(cè)面殘基與蛋白質(zhì)之間的分子間氫鍵是提高側(cè)面殘基與蛋白質(zhì)之間范德華相互作用的結(jié)構(gòu)基礎。因此,范德華相互作用和側(cè)面殘基的分子間氫鍵的形成能力成為EHD1 EH domain肽鏈配體設計的重要考慮因素。
【關鍵詞】：蛋白質(zhì)-肽相互作用 分子動力學模擬 構(gòu)型熵 熵效應 柔性 EHD1EH domain NPF DPF GPF
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O641.3
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 緒論13-31
• 1.1 研究背景13-27
• 1.1.1 蛋白質(zhì)-肽相互作用的基本特征14-19
• 1.1.2 肽抑制劑的開發(fā)19-22
• 1.1.3 小分子抑制劑的開發(fā)22-23
• 1.1.4 蛋白質(zhì)-肽相互作用的相關數(shù)據(jù)庫23-26
• 1.1.5 發(fā)現(xiàn)新的蛋白質(zhì)-肽相互作用26-27
• 1.2 本文研究提要27-29
• 1.2.1 蛋白質(zhì)-肽識別過程中的肽鏈的柔性28
• 1.2.2 EHD1 EH domain與多條肽鏈相互作用的分子動力學模擬28-29
• 1.3 研究方法29-31
• 第二章 分子動力學基本理論31-47
• 2.1 基本原理31-32
• 2.2 牛頓運動方程式的數(shù)值算法32-34
• 2.2.1 標準Verlet算法32-33
• 2.2.2 蛙跳法33
• 2.2.3 速度Verlet算法33-34
• 2.3 周期邊界條件34-35
• 2.4 最小鏡像和截斷半徑35-36
• 2.5 溫度和壓力耦合方法36-40
• 2.5.1 溫度耦合方法36-38
• 2.5.2 壓力耦合方法38-40
• 2.6 鍵長約束方法40-42
• 2.6.1 SHAKE算法40-41
• 2.6.2 LINCS算法41-42
• 2.7 勢能函數(shù)和分子力場42-45
• 2.7.1 分子力場中勢能函數(shù)的一般形式42-43
• 2.7.2 常見力場43-45
• 2.8 分子動力學模擬的基本步驟45-47
• 第三章 蛋白質(zhì)-肽識別過程中的肽鏈的柔性47-85
• 3.1 引言47-49
• 3.2 材料和方法49-62
• 3.2.1 數(shù)據(jù)集49
• 3.2.2 分子動力學模擬49-60
• 3.2.3 直接讀出能和間接讀出能的計算60-62
• 3.3 結(jié)果和討論62-83
• 3.3.1 模擬結(jié)果的基本描述62-74
• 3.3.2 結(jié)合自由能與解離常數(shù)之間的相關性分析74
• 3.3.3 Z-值和W-值74-75
• 3.3.4 肽鏈構(gòu)型熵懲罰75-76
• 3.3.5 肽鏈構(gòu)型熵懲罰與熵效應76-77
• 3.3.6 結(jié)構(gòu)與殘基平均熵懲罰77-79
• 3.3.7 2KFF復合物中肽鏈的柔性79-82
• 3.3.8 自由狀態(tài)下肽鏈柔性的氨基酸傾向82-83
• 3.4 本章小結(jié)83-85
• 第四章 EHD1 EH domain與多條肽鏈相互作用的分子動力學模擬85-103
• 4.1 引言85-86
• 4.2 材料和方法86-88
• 4.2.1 分子動力學模擬86-87
• 4.2.2 結(jié)合自由能計算87-88
• 4.2.3 FoldX丙氨酸掃描實驗88
• 4.3 結(jié)果和討論88-101
• 4.3.1 MD模擬過程中體系的穩(wěn)定性88-89
• 4.3.2 結(jié)合自由能89-91
• 4.3.3 結(jié)構(gòu)分析91-92
• 4.3.4 相互作用界面上的氫鍵92
• 4.3.5 FoldX丙氨酸掃描和殘基能量分解92-97
• 4.3.6 149號殘基對蛋白質(zhì)-肽結(jié)合的影響97-98
• 4.3.7 側(cè)面殘基對蛋白質(zhì)-肽結(jié)合的影響98-99
• 4.3.8 綜合考慮序列差異、結(jié)構(gòu)差異和能量貢獻的重要性99-100
• 4.3.9 提高EHD1 EH domain與肽鏈配體之間親和力的途徑100-101
• 4.4 本章小結(jié)101-103
• 第五章 總結(jié)與展望103-107
• 5.1 總結(jié)103
• 5.2 展望103-107
• 參考文獻107-129
• 附錄：攻讀博士期間發(fā)表的學術論文129

  本文關鍵詞：蛋白質(zhì)—肽相互作用的分子動力學模擬研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：319475