本文關(guān)鍵詞：基于粗�；Ｐ偷牡鞍踪|(zhì)聚合特性的研究

  更多相關(guān)文章： 蛋白質(zhì) 聚合 “釣魚線”機(jī)制 納米粒子 Go模型

【摘要】：蛋白質(zhì)是一種重要的分子機(jī)器,在生物體內(nèi)起著催化、轉(zhuǎn)運(yùn)、免疫等功能。這些特殊的功能是由蛋白質(zhì)獨(dú)特的三維結(jié)構(gòu)決定的。維持蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性對(duì)蛋白質(zhì)生物功能的發(fā)揮有著重要作用。然而,蛋白質(zhì)處于復(fù)雜的細(xì)胞環(huán)境中,能夠與不同的細(xì)胞器、生物分子(如蛋白質(zhì)、DNA、RNA等)甚至外來(lái)異物(如納米顆粒等)接觸。在這些物質(zhì)中,有些能夠促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊,增強(qiáng)其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,而有些則會(huì)破壞蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。因此,研究蛋白質(zhì)與這些物質(zhì)的相互作用有著深刻的意義。本論文主要通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法研究了蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用以及蛋白質(zhì)與納米粒子的相互作用。兩者分別為有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的代表物質(zhì),受到廣泛關(guān)注。研究這兩種相互作用有助于了解蛋白質(zhì)在復(fù)雜環(huán)境中的折疊與聚合行為以及其功能的發(fā)揮。模擬中我們采用的模型是基于蛋白質(zhì)天然結(jié)構(gòu)的粗�；疓o模型。復(fù)合物系統(tǒng)本身比較復(fù)雜,且復(fù)合物的解離狀態(tài)具有較大的構(gòu)象熵,一旦分離,便很難再聚合,因此使用粗�；Ｐ涂商岣卟蓸有�,從而能夠有效地研究系統(tǒng)更為深層的物理原理。對(duì)于蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用,我們研究了同源二聚體Arc阻遏蛋白的聚合過(guò)程。我們發(fā)現(xiàn),其自由能曲線呈現(xiàn)出“釣魚線”聚合機(jī)制的特征,即具有一段寬闊而平坦的區(qū)域。這說(shuō)明二聚體的兩個(gè)單體在相距較遠(yuǎn)時(shí)便已發(fā)生相互作用。由于“釣魚線”機(jī)制是一種較新的聚合機(jī)制理論,目前尚無(wú)完善的分析方法來(lái)描述這一過(guò)程,因此我們的工作重點(diǎn)在于探討可用于刻畫這一機(jī)制的方法。我們主要討論了Φ值分析方法對(duì)“釣魚線”機(jī)制的適用性。Φ值分析在研究蛋白質(zhì)折疊過(guò)程中被廣泛使用,大量研究顯示Φ值分析能夠很好地刻畫蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)變態(tài)的特性。然而,我們的計(jì)算結(jié)果顯示,Φ值分析只能大致描述“釣魚線”聚合過(guò)程,但不能反映其精細(xì)的特征。這是由于Φ值分析所描述的轉(zhuǎn)變態(tài)處于“釣魚線”聚合過(guò)程的較晚時(shí)刻,而對(duì)聚合起重要作用的殘基應(yīng)在聚合的較早時(shí)刻發(fā)生相互作用。所以我們認(rèn)為Φ值分析并不適用于描述“釣魚線”聚合過(guò)程。我們根據(jù)聚合過(guò)程的自由能曲線的特征定義了有效俘獲半徑Reff。我們的計(jì)算結(jié)果顯示,Reff較大的殘基在聚合早期發(fā)生相互作用,而Reff較小的殘基則在聚合晚期發(fā)生相互作用,這說(shuō)明有效俘獲半徑Reff能夠較為準(zhǔn)確的描述“釣魚線”聚合過(guò)程的精細(xì)特征。為了檢驗(yàn)上述結(jié)論對(duì)模型的依賴程度,我們又采用了改進(jìn)的Go模型進(jìn)行模擬。該模型是在基本Go模型的基礎(chǔ)上加入了非天然接觸對(duì)之間的吸引作用。模擬得到的結(jié)果與上述結(jié)果基本一致。這說(shuō)明我們得到的結(jié)論并不受模型的影響,而是普適的結(jié)論。對(duì)于蛋白質(zhì)與納米粒子的相互作用,我們做了兩項(xiàng)工作。第一項(xiàng)工作研究了三個(gè)具有不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì),即α+β型GB1、全α型Im7和全p型127,分別與表面全疏水和表面全親水的納米粒子的相互作用。我們以納米粒子的相對(duì)直徑以及納米粒子與蛋白質(zhì)間相互作用的強(qiáng)度為坐標(biāo),描繪了蛋白質(zhì)-納米粒子體系的結(jié)構(gòu)相圖。結(jié)果顯示,對(duì)于不同的蛋白質(zhì)與納米粒子的組合,其相圖均包含四個(gè)相,即DF(解離折疊態(tài))、AF(吸附折疊態(tài))、AU(吸附去折疊態(tài))和WU(包裹去折疊態(tài)),分別對(duì)應(yīng)了蛋白質(zhì)與納米粒子的不同吸附狀態(tài)以及蛋白質(zhì)本身的不同折疊狀態(tài)。在各相域的轉(zhuǎn)變中,對(duì)于DF與AU的轉(zhuǎn)變,蛋白質(zhì)的折疊與吸附過(guò)程呈現(xiàn)了較為協(xié)同的特征。另外,納米粒子對(duì)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)有著不同的影響。在折疊區(qū)域,納米粒子使蛋白質(zhì)的β片結(jié)構(gòu)有所增加,而α螺旋結(jié)構(gòu)不變或有所減少。根據(jù)我們進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn),這一區(qū)別是由二級(jí)結(jié)構(gòu)本身的幾何特性決定的,與空間擁擠效應(yīng),以及蛋白質(zhì)和納米粒子的親疏水性均無(wú)關(guān)。β片含有大量鏈間氫鍵,具有較大柔性,能夠適應(yīng)納米粒子的曲率,不易發(fā)生去折疊；而α螺旋含有大量鏈內(nèi)氫鍵,具有較大的剛性,不易適應(yīng)納米粒子的曲率,容易發(fā)生去折疊。在去折疊區(qū)域α螺旋和β片的結(jié)構(gòu)均有所減少,這是由于該區(qū)域蛋白質(zhì)與納米粒子的相互作用能較大,使得蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降,致使二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生去折疊。第二項(xiàng)工作研究了上述三種蛋白質(zhì)與Janus納米粒子的相互作用。在我們的工作中,Janus粒子是表面一半具有疏水性,一半具有親水性的納米粒子。這種粒子同時(shí)具有兩種不同的性質(zhì),能夠與不同的蛋白質(zhì)結(jié)合,發(fā)揮不同的作用,因而有著良好的應(yīng)用前景。我們的結(jié)果顯示,α+β型蛋白質(zhì)和全α型蛋白質(zhì)與Janus納米粒子的結(jié)構(gòu)相圖僅含有兩個(gè)相,即DF和AU。這是由蛋白質(zhì)的氨基酸鏈中殘基的疏水性排布與納米粒子的疏水性排布不一致造成的。由于疏水殘基易于與疏水表面接觸而親水殘基易于與親水表面接觸,因此蛋白質(zhì)與Janus納米粒子一旦發(fā)生聚合,蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生扭曲,從而發(fā)生去折疊。而p型蛋白質(zhì)與Janus納米粒子的結(jié)構(gòu)相圖含有三個(gè)相,即DF、AF和AU。AF區(qū)域的出現(xiàn)是由于β結(jié)構(gòu)具有柔性,當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)與納米粒子接觸面積較小時(shí),蛋白質(zhì)能保持折疊狀態(tài)。Janus粒子對(duì)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響與前一個(gè)工作的結(jié)論是一致的。盡管前人已有大量關(guān)于蛋白質(zhì)與納米粒子相互作用的研究,但大多僅限于特定的蛋白質(zhì)與特定的納米粒子的聚合。我們的工作較為系統(tǒng)地研究了蛋白質(zhì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、納米粒子尺寸、納米粒子表面疏水性、相互作用強(qiáng)度等因素對(duì)蛋白質(zhì)-納米粒子體系的影響,為今后的納米生物材料的設(shè)計(jì)提供了一定的參考依據(jù)。本論文內(nèi)容安排如下：在第一章中,簡(jiǎn)要介紹了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)折疊、蛋白質(zhì)聚合以及蛋白質(zhì)與納米粒子相互作用的理論知識(shí)；在第二章中,詳細(xì)闡述了對(duì)于Arc阻遏蛋白的聚合過(guò)程的研究,并討論了Φ值分析的有效性；在第三章中,詳細(xì)闡述了三種蛋白質(zhì)與兩種納米粒子相互作用的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；在第四章中,詳細(xì)闡述了三種蛋白質(zhì)與Janus納米粒子相互作用的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；最后,在第五章中,對(duì)本論文涉及的工作進(jìn)行了總結(jié),并對(duì)未來(lái)的工作進(jìn)行了展望。
【關(guān)鍵詞】：蛋白質(zhì) 聚合 “釣魚線”機(jī)制 納米粒子 Go模型
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：Q51
【目錄】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-15
• 第一章 前言15-37
• 1.1 蛋白質(zhì)15-17
• 1.1.1 氨基酸15-17
• 1.1.2 肽鍵17
• 1.2 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)17-21
• 1.2.2 一級(jí)結(jié)構(gòu)19
• 1.2.3 二級(jí)結(jié)構(gòu)19-20
• 1.2.4 三級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域20
• 1.2.5 四級(jí)結(jié)構(gòu)20-21
• 1.3 蛋白質(zhì)的相互作用21-23
• 1.3.1 靜電作用21
• 1.3.2 范德瓦耳斯作用21-22
• 1.3.3 氫鍵22
• 1.3.4 疏水作用22-23
• 1.4 蛋白質(zhì)的折疊23-26
• 1.4.1 熱力學(xué)基礎(chǔ)23-24
• 1.4.2 動(dòng)力學(xué)因素24-25
• 1.4.3 折疊機(jī)制25-26
• 1.5 蛋白質(zhì)的聚合26-33
• 1.5.1 蛋白質(zhì)與有機(jī)分子的聚合26-29
• 1.5.2 蛋白質(zhì)與納米材料的聚合29-31
• 1.5.3 聚合過(guò)程的理論研究方法31-33
• 參考文獻(xiàn)33-37
• 第二章 在Arc阻遏蛋白的聚合過(guò)程中Φ值分析有效性的研究37-61
• 2.1 引言37-39
• 2.2 模型與方法39-45
• 2.2.1 連接和不連接模型39-40
• 2.2.2 分子動(dòng)力學(xué)模擬方法40-42
• 2.2.3 傘形抽樣42-43
• 2.2.4 Φ值分析43-44
• 2.2.5 有效俘獲半徑44-45
• 2.3 結(jié)果與討論45-56
• 2.3.1 連接和不連接模型的動(dòng)力學(xué)特性45
• 2.3.2 Φ值分析和轉(zhuǎn)變態(tài)特性45-48
• 2.3.3 平均力勢(shì)和“釣魚線”機(jī)制48-50
• 2.3.4 Φ值分析的有效性50-54
• 2.3.5 采用含非天然相互作用的Go模型的結(jié)果54-56
• 2.4 結(jié)論56-58
• 參考文獻(xiàn)58-61
• 第三章 極小納米粒子與蛋白質(zhì)相互作用的相圖61-91
• 3.1 引言61-64
• 3.2 模型與方法64-68
• 3.2.1 蛋白質(zhì)與納米粒子模型64-66
• 3.2.2 描述蛋白質(zhì)吸附于NP的物理量66-67
• 3.2.3 描述蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的物理量67-68
• 3.3 結(jié)果與討論68-84
• 3.3.1 α+β型蛋白質(zhì)與疏水NP的相互作用68-74
• 3.3.2 全α型和全β型蛋白質(zhì)與疏水NP的相互作用74-78
• 3.3.3 蛋白質(zhì)與親水NP相互作用78-84
• 3.4 結(jié)論84-86
• 參考文獻(xiàn)86-91
• 第四章 Janus納米粒子與蛋白質(zhì)的相互作用91-113
• 4.1 引言91-93
• 4.2 模型與方法93-97
• 4.2.1 蛋白質(zhì)與納米粒子模型93-95
• 4.2.2 描述蛋白質(zhì)吸附于NP的物理量95-96
• 4.2.3 描述蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的物理量96-97
• 4.3 結(jié)果與討論97-108
• 4.3.1 α+β型蛋白質(zhì)與Janus NP的相互作用97-103
• 4.3.2 全α型和全β型蛋白質(zhì)與Janus NP的相互作用103-108
• 4.4 結(jié)論108-109
• 參考文獻(xiàn)109-113
• 第五章 總結(jié)與展望113-117
• 論文列表117-119
• 致謝119-120

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 ;Influence of temperature and diffusive entropy on the capture radius of fly-casting binding[J];Science China(Physics,Mechanics & Astronomy);2011年12期

2 王靜;梁偉;;納米材料影響細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能的研究進(jìn)展[J];生物物理學(xué)報(bào);2010年08期

3 陳桂芳;梁志強(qiáng);李根喜;;納米材料用于構(gòu)建新型電化學(xué)生物傳感器的研究進(jìn)展[J];生物物理學(xué)報(bào);2010年08期

4 過(guò)馨露;張建;王煒;;納米材料與生物分子的相互作用與微結(jié)構(gòu)特性[J];物理學(xué)進(jìn)展;2012年06期

，

本文編號(hào)：1122282