抗冻蛋白与冰晶相互作用的分子动力学模拟

发布时间：2020-09-01 10:55

　　 抗冻蛋白(antifreeze proteins,AFPs)是生活在低温环境中生物体内发现的一种特殊功能的蛋白。抗冻蛋白能够吸附在冰晶表面,以非依数的方式抑制冰晶生长和重结晶,降低冰晶生长点温度,这种影响冰晶生长的现象为热滞现象,冰晶生长点与熔点温度之间的差值称为热滞活性(Thermal Hysteresis)。由于抗冻蛋白具有特殊的抗冻性质,因而在食品储藏、生物医疗、天然气运输等方面具有广泛的应用前景。本文利用全原子分子动力学模拟(MD)的方法,从分子层面上,分析了云杉蚜虫抗冻蛋白(CfAFP)、鳕鱼抗冻蛋白(ZaAFP)和非抗冻蛋白槲寄生毒蛋白、智人波形蛋白,这四种蛋白在低温水环境中的动力学过程。模拟结果发现云杉蚜虫抗冻蛋白、鳕鱼抗冻蛋白、槲寄生毒蛋白在低温水环境中结构稳定,而智人波形蛋白在低温水环境中结构不稳定,可能已经失去活性。我们选取低温水环境中结构稳定的蛋白作为研究对象,分析溶液环境中CfAFP、ZaAFP与非抗冻蛋白槲寄生毒蛋白在冰晶基面(Basal)、棱面(Prism)处吸附结合对冰水界面层结构的影响。研究结果表明,吸附在冰晶表面上的CfAFP、ZaAFP比非抗冻蛋白槲寄生毒蛋白更容易使冰水界面层的固相水分子转变为液相水分子。最后,分析了三种蛋白质的氨基酸序列的亲疏水性,结果发现抗冻蛋白CfAFP、ZaAFP比非抗冻蛋白槲寄生毒蛋白亲水性强,更容易使蛋白质表面的冰结合面附近的水分子形成类冰结构,诱导冰晶界面层的熔化。以上的模拟结果为从分子层面解释抗冻蛋白热滞活性的机理提供了新思路。
【学位单位】：内蒙古大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：Q51
【部分图文】：

鱼抗冻蛋白抗冻蛋白三维结构是由 64 个氨基酸链复杂连接而成，这 64 个氨基酸没有 可以看出该蛋白为β折叠所组成的球形，属于鱼类第三类抗冻蛋白，热滞活冻蛋白[51]。表 3.2 展示了组成该蛋白结构所需的的氨基酸，图 3.2 展示了该表 3.2 组成鳕鱼抗冻蛋白结构所需的氨基酸.2 Amino acids required to form the Zoarces americanus antifreeze protein structure of sprucR GLN SER VAL VAL ALA THR GLN LEU ILE PRO MET ASN THR ALA LEU THR PRO AT MET GLU GLY LYS VAL THR ASN PRO ILE GLY ILE PRO PHE ALA GLU MET SER GU VAL GLY LYS GLN VAL ASN THR PRO VAL ALA LYS GLY GLN THR LEU MET PRO AT VAL LYS THR TYR ALA ALA

图 3.3 槲寄生毒蛋白的三维构象Figure 3.3 Three dimensional conformation of Viscum album toxin antifreeze protein人波形蛋白波形蛋白（Homo sapiens vimentin）与其他中心丝相似，是波形蛋白单体。螺旋结构域，在前边有着一个胺基非螺旋结构，末尾盖着一个羧基。两个互成一个卷曲螺管状的二聚物[90]。表 3.4 展示了组成该蛋白结构所需的的氨基了该蛋白的三维构象。表 3.4 组成智人波形蛋白结构所需的氨基酸mino acids required to form the homo sapiens vimentin antifreeze protein structure of spruceLY SER ASN GLU LYS VAL GLU LEU GLN GLU LEU ASN ASP ARG PHE ALA ASN TYR P LYS VAL ARG PHE LEU GLU GLN GLN ASN LYS ILE LEU LEU ALA GLU LEU GLU GU

图3.4 展示了该蛋白的三维构象。表 3.4 组成智人波形蛋白结构所需的氨基酸Table 3.4Amino acids required to form the homo sapiens vimentin antifreeze protein structure of spruce aphidGLY SER ASN GLU LYS VAL GLU LEU GLN GLU LEU ASN ASP ARG PHE ALA ASN TYR ILEASP LYS VAL ARG PHE LEU GLU GLN GLN ASN LYS ILE LEU LEU ALA GLU LEU GLU GLNLEU图 3.4 智人波形蛋白的三维构象Figure 3.4 Three dimensional conformation of Homo sapiens vimentin antifreeze protein

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本文编号：2809641