溶菌酶变性和纤维化动力学的拉曼光谱研究

发布时间：2020-09-23 12:05

　　 蛋白质的展开和折叠是实现生物蛋白特异性功能的基础物理化学过程,其中偶然发生的错误折叠常常导致蛋白质的变性和淀粉样纤维化,从而诱发诸如帕金森病或阿尔茨海默氏病等严重的神经退行性疾病。当前,关于蛋白质错误折叠的研究主要着重于淀粉样生长的宏观特性(主要是形貌变化等),而对于蛋白质变性聚集过程(尤其是成核过程)的分子尺度观测和研究则寥寥无几。因此,尽管已有很多文献讨论蛋白质纤维化的微观机制,但由于缺乏直接的光谱和动力学证据,目前对于淀粉样蛋白形成的确切机理没有统一定论,尤其缺少对低聚物或纤维分子微观结构的细节描述。准确认知蛋白质展开或折叠过程中分子二级和三级结构的变化,以及分子微环境的改变对理解蛋白质变性机制起着至关重要的作用。本文中,我们采用溶菌酶分子作为代表,通过振动分辨的Raman光谱测量,深入研究了其热变性、化学变性以及淀粉样纤维化过程中分子二级和三级结构的变化。我们分别采用了对二级结构变化敏感的S-S伸缩振动,N-Cα-C键以及酰胺Ⅰ振动带作为光谱指针,研究了溶菌酶分子变性过程中的结构变化,特别是在纤维化过程中α螺旋和β片层结构的相对布居比。此外,通过对氨基酸侧链残基色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸以及C-H键振动光谱的定性和定量分析了解这些氨基酸侧链分子相互作用以及微环境的变化,从而认知相应溶菌酶蛋白的三级结构变化。(1)溶菌酶的热变性以及化学变性在加热或盐酸胍作用下,鸡蛋清溶菌酶会发生典型的热变性或化学变性过程,然而迄今其变性机制仍存在“一阶段模型(single-stage)”和“多阶段模型(multi-stage)”的争议。本文中,我们应用了拉曼光谱分别研究了溶菌酶的热变性和化学变性过程。随着温度的升高和热孵化时间的延长,光谱显示氨基酸侧链基团的拉曼谱峰先于主链基团发生改变,这直接证实了溶菌酶分子热变性的二阶段机制,其中间状态-熔球状中间体具有完整的二级结构和松散的三级结构。此外,三级结构展开的特征温度约为74℃,,而在76.5℃左右发生二级结构的改变。溶菌酶的化学变性也具有类似热变性过程的变化规律,三级结构在盐酸胍质量百分比浓度为31%的时候逐渐展开,而二级结构则在盐酸胍浓度增加至32.5%的时候迅速改变。此外,溶菌酶侧链和主链基团振动谱峰的依次改变也证实了盐酸

本文编号：2825303