分子动力学模拟研究蛋白质序列—功能关系
发布时间:2020-05-13 21:07
【摘要】:蛋白质是生物体内主要的功能执行者,几乎参与所有的生命活动。虽然DNA-mRNA-蛋白质的信息传递方向早已为大家所知,但是还有很多细节都不清楚。尤其是少数残基的差异对蛋白质在溶液中稳定性的影响,对构象自由能的影响,对寡聚状态的影响,对底物-蛋白和蛋白-蛋白相互作用的影响,以及最终到底会对蛋白质的功能造成多大的影响,目前还没有一个通用的解决办法,而只能通过生化实验或模拟计算的手段一个个案例具体地进行。这些对具体案例的分析,不仅有利于更加具体地了解特定的蛋白质的结构和生物功能,而且可以为理解蛋白质序列-结构-功能之间更加细微精确的对应关系提供参考,因而也可以为进一步提高蛋白质设计的成功率提供帮助。分子动力学模拟是研究蛋白质序列-结构-功能关系非常重要的方法之一。在本文中,我利用分子动力学模拟技术具体探讨了细胞脱落酸受体家族的不同亚家族之间序列差异与其结构和功能差异的关系(第二章)。通过对比分析,我证实了不同细胞脱落酸受体亚家族的单体,同二聚体和受体-磷酸酶异二聚体的稳定性对细胞脱落酸具有不同程度的依赖性。这两个亚家族之间的某些序列上的差异可能是造成上述结构稳定性差异的原因,并进一步造成了功能上的差异。自由能计算(第三章)的结果同样支持两个细胞脱落酸受体亚家族具有不同的组成型抑制下游磷酸酶的活性。蛋白质设计一方面可以检测我们对蛋白质序列-结构的理解,另一方面设计具有特定结构和功能的蛋白具有极高的潜在应用价值。分子模拟技术可以应用于蛋白质设计的优化,筛选和检测反馈。在第四章中,我们利用分子动力学模拟探讨了设计蛋白经过定向进化得到改良的可能的分子机制,讨论了定向进化得到的突变体中各突变位点参与的氢键的变化对设计蛋白稳定性的影响。在第五章中,我们探讨了如何以分子动力学模拟为辅助提高设计蛋白的抗聚沉性能。利用分子动力学模拟技术结合蛋白质空间聚沉性能打分函数,我们判断出影响目的蛋白溶解性的可能的位点,并进行了相应的突变。改进后的蛋白的溶解性获得了一定程度的提高。
【图文】:
两个亚基并排排列,呈现出一种两重对称。但是另一些蛋白的同二聚体结逡逑构被报道结合了一分子的ABA54-55,在其中一个亚基结合了邋ABA之后,该亚基逡逑的结合口袋就会关闭,形成一种非对称结构(图1.3B)。对比这些结构后会发现,逡逑无论是结合一分子ABA的非对称的还是不结合ABA的对称的同二聚体结构,逡逑它们的三维空间结构总体上非常相似,亚基间的相互作用界面也非常保守。但是逡逑在非对称结构中,有ABA结合的亚基是闭合状态,这种闭合状态下,亚基上的逡逑gate和latch都参与到了与另一个亚基的相互作用界面中。而在没有ABA结合的逡逑对称的同二聚体结构中,两个亚基都处于打开状态,这时latch是远离gate的,逡逑11逡逑
的recoil螺旋在残基Thrl56周围被部分破坏。逡逑只有gate参与到与另一个亚基的相互作用。从结构上看,两个亚基同时处于关闭逡逑状态对于同二聚体的形成可能是不利的。图1.4邋A显示了复制闭合构象的亚基,逡逑并比对、替换掉同二聚体的另一个处于打开构象的亚基后的结构,可以发现,,两逡逑个亚基同时处于闭合状态会导致gate和recoi丨发生严重的空间上的碰撞、排斥。逡逑图1.4邋B显示了与两个ABA类似物结合的PYR1同二聚体结构。此结构中,其逡逑中一个亚基的recoil螺旋在残基Thrl56周围被部分破坏。这些简单的分析暗示逡逑了当处于ABA过量的溶液中时,两个亚基同时结合ABA可能会导致同二聚体逡逑的不稳定甚至解离。这个分析结果与PYR1,PYL3的生化实验结果是一致的64_逡逑65,并且可能是同二聚体结构响应不同浓度ABA的方式之一。这里需要提及的逡逑是,目前所有的PYL的同二聚体结构中,有两个是同时结合ABA的,但是结合逡逑两分子ABA的同二聚体结构与之前我们提到的其他同二聚体结构构象上有很大逡逑区别,它们的亚基之间是接近于“头”对“尾”的反式排列的64。并且这个反式逡逑的二聚体的生化实验显示这种二聚体状态应该是二聚体解离过程的中间态。逡逑有研宄者因此提出
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:Q51
本文编号:2662544
【图文】:
两个亚基并排排列,呈现出一种两重对称。但是另一些蛋白的同二聚体结逡逑构被报道结合了一分子的ABA54-55,在其中一个亚基结合了邋ABA之后,该亚基逡逑的结合口袋就会关闭,形成一种非对称结构(图1.3B)。对比这些结构后会发现,逡逑无论是结合一分子ABA的非对称的还是不结合ABA的对称的同二聚体结构,逡逑它们的三维空间结构总体上非常相似,亚基间的相互作用界面也非常保守。但是逡逑在非对称结构中,有ABA结合的亚基是闭合状态,这种闭合状态下,亚基上的逡逑gate和latch都参与到了与另一个亚基的相互作用界面中。而在没有ABA结合的逡逑对称的同二聚体结构中,两个亚基都处于打开状态,这时latch是远离gate的,逡逑11逡逑
的recoil螺旋在残基Thrl56周围被部分破坏。逡逑只有gate参与到与另一个亚基的相互作用。从结构上看,两个亚基同时处于关闭逡逑状态对于同二聚体的形成可能是不利的。图1.4邋A显示了复制闭合构象的亚基,逡逑并比对、替换掉同二聚体的另一个处于打开构象的亚基后的结构,可以发现,,两逡逑个亚基同时处于闭合状态会导致gate和recoi丨发生严重的空间上的碰撞、排斥。逡逑图1.4邋B显示了与两个ABA类似物结合的PYR1同二聚体结构。此结构中,其逡逑中一个亚基的recoil螺旋在残基Thrl56周围被部分破坏。这些简单的分析暗示逡逑了当处于ABA过量的溶液中时,两个亚基同时结合ABA可能会导致同二聚体逡逑的不稳定甚至解离。这个分析结果与PYR1,PYL3的生化实验结果是一致的64_逡逑65,并且可能是同二聚体结构响应不同浓度ABA的方式之一。这里需要提及的逡逑是,目前所有的PYL的同二聚体结构中,有两个是同时结合ABA的,但是结合逡逑两分子ABA的同二聚体结构与之前我们提到的其他同二聚体结构构象上有很大逡逑区别,它们的亚基之间是接近于“头”对“尾”的反式排列的64。并且这个反式逡逑的二聚体的生化实验显示这种二聚体状态应该是二聚体解离过程的中间态。逡逑有研宄者因此提出
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:Q51
【参考文献】
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1 David J.Weston;;Abscisic Acid Receptors:Past,Present and Future[J];Journal of Integrative Plant Biology;2011年06期
本文编号:2662544
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