高压对朊蛋白构象和动力学的影响

发布时间：2021-03-21 23:07

　　蛋白质在溶液中是多种构象并存的一个热力学系统,不同的构象以一定的概率在不同的态之间互相转变。作为一个热力学体系,不同构象存在的概率受到热力学变量的影响,压强作为一个基本的热力学变量,其变化将影响到蛋白质的构象分布和动力学行为。压强的增大通常会减小蛋白质的体积,从而可以通过增大压强开展对常压下难以观察的构象进行研究,这些构象对于揭示蛋白质的生物学功能具有重要意义。以朊蛋白为研究对象,通过分子动力学模拟方法研究高压诱导下蛋白质的构象变化。研究结果表明:水分子在高压下的排列趋向于有序,水分子的有序排列直接影响到与水分子有密切接触残基的动力学行为;高压下水分子能够渗入二级结构的疏水核心,破坏β片层的二级结构。揭示高压诱导下朊蛋白构象转化的分子机制,为蛋白质的高压变性研究提供理论依据。 

【文章来源】：内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版). 2020,49(04)

【文章页数】：6 页

【图文】：

朊蛋白PrP226*的分子结构

2.3 高压对蛋白质构象波动性的影响为进一步揭示压强对蛋白质构象的影响,计算了不同压强下单个残基的平均均方波动。图4展示了压强为0.1 MPa和100 MPa时蛋白质残基RMSF的对比,从图中可以直观地看到不同残基的平均波动随压强的变化。在高压下,蛋白质的整体波动性降低,波动性的降低主要来源于蛋白质的三个部分,即蛋白质的N端和C端以及β片层周围。蛋白质的N端和C端因为直接与水分子接触,水分子有序性伴随着压强增大而增大,系统各粒子的运动被束缚的比较紧,导致肽链的波动性减小。实验表明β折叠的柔性大于α螺旋,所以在高压下水分子更容易渗入β片层,导致其结构被破坏,从而使属于β片层及其相近的残基的波动受到高度有序的水分子的约束,导致其波动性下降。说明水分子在高压下的有序排列是造成蛋白质波动性降低的主要原因。此外,研究中也观察到部分残基的波动性增大,主要源于压强对蛋白质的影响,主要在其慢运动减弱了构象变化的协同性,导致局部位置的应力增大,从而增大其波动性[28-29]。

为了更加清楚的表征压强对蛋白质构象的影响,图5(a)给出压强为0.1 MPa和100 MPa时蛋白质在模拟过程中所形成天然接触概率之差。在100 MPa下,蛋白质的构象总体保持稳定,蛋白质内部大部分天然接触表现出更大的接触概率,而β1与α3部分残基(213-218)及α4; β2与α3部分残基(213-218)及α4以及β1与β2之间形成天然接触的概率明显减小。这些结果充分说明在高压下蛋白质整体上被压缩,β片层在压强较大的情况下其二级结构被破坏,疏水核心的破裂导致水分子的渗入,使得β片层的残基与周边的残基形成接触的概率增大。图5(b)给出压强为100 MPa时蛋白质的二级结构,可以清楚地观察到蛋白质的β片层结构被破坏,α螺旋结构的稳定性增强。3 结论

【参考文献】：
期刊论文
[1]溶剂对Aβ单体从淀粉样纤维表面解离的影响[J]. 和二斌,罗志荣.  河南师范大学学报(自然科学版). 2019(04)
[2]A类G蛋白偶联受体:结构、功能、计算机辅助药物设计及分子动力学模拟[J]. 丛肖静,王存新.  北京工业大学学报. 2017(12)
[3]用粗粒化分子动力学方法研究蜂毒素与磷脂双分子层的相互作用[J]. 孙庭广,韦炳生,程谦伟.  北京工业大学学报. 2017(12)
[4]金红石型TiO2结构随温度变化的分子动力学模拟[J]. 潘海波,张丽盆,冯婷婷.  福州大学学报(自然科学版). 2008(05)



本文编号：3093666