基于PDB卷曲库研究迷你蛋白侧链特性对其结构折叠的影响
发布时间：2021-08-03 13:20
<正>蛋白质天然态结构的稳定形成是其发挥生物学功能的生物物理基础,研究蛋白质残基间相互作用与其结构折叠形成的关系一直是结构生物学研究重点之一。分子动力学（Molecular dynamics,MD）模拟可从原子细节描述蛋白质结构折叠变化,其计算精度取决于分子力场的准确度。本论文首先利用常见的OPLSAA/L力场和基于PDB卷曲库优化得到的OPLSAA/C力场对迷你蛋白Trp-cage折叠机制进行MD研究。结果表明:在OPLSAA/L力场下,该蛋白在0.5μs和1.0μs内都折叠为错误折叠态构象（M,RMSD=6.8?,Q=0.1）,其错误折叠路径为:D（?）Ts（?）I（?）M;而在OPLSAA/C力场下,蛋白结构在1.0μs内可快速地折叠为近天然态构象（N,RMSD=1.2?,Q=0.95）,其折叠路径为:D（?）I1（?）I2（?）N,符合扩散-碰撞机制模型。这表明基于PDB卷曲库引入一些特殊非键相互作用后获得的OPLSAA/C力场能够有效提高结构折叠准确率和构象采样效率。然后利用OPLSAA/C力场进一步研究残基侧链特性对其结构折叠的影响机制。实验发现突变体N1G、S...
【文章来源】：淮北师范大学安徽省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
迷你蛋白Trp-cage结构体系示意图
淮北师范大学2020届硕士研究生学位（毕业）论文4图1-2迷你蛋白Trp-cage（TC5b）的氢键网络示意图Figure1-2Hydrogen-bondinginteractionnetworkofTrp-cage(TC5b)1.1.2结构体系的分类正是由于迷你蛋白Trp-cage（TC5b）的结构典型及其残基间相互作用与侧链位置关系的复杂性，很多研究者通过残基点突变的方法对一些关键残基侧链的功能和修饰优化进行了探讨，因此也构建了该迷你蛋白的不同结构体系。如Andersen课题组[27]以TC5b为基础进行了一系列突变实验，结果发现由L2A和I4A双突变构建的TC9b（序列：NAYAQWLKDGGPSSGRPPPS）折叠态结构高度稳定；并且使用残基Asp1作为N-cap的结构比使用残基Asn1作为N-cap的结构更稳定。因此在TC9b的基础上又进行了N1D突变最终获得TC10b（PDBID：2JOF[27]，序列：DAYAQWLKDGGPSSGRPPPS）。TC10b和TC5b拥有相同的二级结构和三级结构（图1-1），但是TC10b的残基Asp1、Ala2和Ala4均有效提升其结构稳定性。因此TC10b作为一种更为稳定的Trp-cage同样受到了许多实验和模拟的青睐[28-29]，但是与TC5b相比，对TC10b的研究仍相对较少，这可能与迷你蛋白TC5b和TC10b的相似性非常高并且TC5b更为典型有关。
淮北师范大学2020届硕士研究生学位（毕业）论文8属于上述总结的成核-聚集模型。如图1-3（d）所示，所有结构均通过熔球状动力学中心S8与其他亚稳态结构之间相互转换，并且折叠至天然态S7，仅有三条选择路径：1）S8—S7；2）S8—S0—S7；3）S8—S1—S7。这说明融球状结构S8的形成是TC10b折叠至天然态过程中的限速步骤。图1-3迷你蛋白Trp-cage的折叠路径（图片来自于参考文献28、44、45、50和117）图（a）（b）和（c）表示Trp-cage的多种折叠路径模型；（d）表示Trp-cage的九态折叠模型；（e）为该蛋白的折叠能量漏斗示意图Figure1-3ThefoldingpathwaysofTrp-cagemini-proteinmodel(Reprintedfromreferencesof28,44,45,50and117)(a),(b)and(c)showmuti-pathfoldingmodel,(d)isthenine-statefoldingmodeland(e)isaschematicoftheTrp-cagefoldingfunnel.对过去18年的研究工作统计表明，在迷你蛋白Trp-cage的结构折叠机制中多种路径折叠模型占据绝对优势，并且还发现由盐桥稳定的两个疏水核的中间态结构常发生在扩散-碰撞模型中。盐桥的早期形成不仅可以加速Trp-cage的折叠动力学，也可以阻碍Trp-cage的折叠动力学，因此由中间态结构转换至天然态结构的过程中，体系结构需要能量来打破已经形成的盐桥。而与天然态极其相近的融球状中间态结构在扩散-碰撞和成核-聚集模型中均有发现，这可能与这种中间态结构存在于折叠末期有关。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Y220C突变体影响p53C蛋白质构象转换的分子动力学模拟[J]. 沈洪辰,丁吉勇,李丽,刘夫锋. 物理化学学报. 2016(10)
[2]模型多肽Trp-Cage折叠形成机制的研究进展[J]. 吴晓敏,袁晓辉,薛书蕾,查岭生,王光利,张海军. 物理化学学报. 2013(09)
[3]分子动力学模拟研究多肽Trp-cage的折叠机制[J]. 段莉莉,张庆刚. 现代化工. 2012(08)
[4]二点委夜蛾越冬场所调查初报[J]. 石洁,王振营,姜玉英,单旭南,张海剑,王静,戈星. 植物保护. 2011(06)
硕士论文
[1]改进的AMBER力场研究Trp-cage的折叠机理[D]. 牟丽蓉.华东师范大学 2014
本文编号：3319692
【文章来源】：淮北师范大学安徽省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
迷你蛋白Trp-cage结构体系示意图
淮北师范大学2020届硕士研究生学位（毕业）论文4图1-2迷你蛋白Trp-cage（TC5b）的氢键网络示意图Figure1-2Hydrogen-bondinginteractionnetworkofTrp-cage(TC5b)1.1.2结构体系的分类正是由于迷你蛋白Trp-cage（TC5b）的结构典型及其残基间相互作用与侧链位置关系的复杂性，很多研究者通过残基点突变的方法对一些关键残基侧链的功能和修饰优化进行了探讨，因此也构建了该迷你蛋白的不同结构体系。如Andersen课题组[27]以TC5b为基础进行了一系列突变实验，结果发现由L2A和I4A双突变构建的TC9b（序列：NAYAQWLKDGGPSSGRPPPS）折叠态结构高度稳定；并且使用残基Asp1作为N-cap的结构比使用残基Asn1作为N-cap的结构更稳定。因此在TC9b的基础上又进行了N1D突变最终获得TC10b（PDBID：2JOF[27]，序列：DAYAQWLKDGGPSSGRPPPS）。TC10b和TC5b拥有相同的二级结构和三级结构（图1-1），但是TC10b的残基Asp1、Ala2和Ala4均有效提升其结构稳定性。因此TC10b作为一种更为稳定的Trp-cage同样受到了许多实验和模拟的青睐[28-29]，但是与TC5b相比，对TC10b的研究仍相对较少，这可能与迷你蛋白TC5b和TC10b的相似性非常高并且TC5b更为典型有关。
淮北师范大学2020届硕士研究生学位（毕业）论文8属于上述总结的成核-聚集模型。如图1-3（d）所示，所有结构均通过熔球状动力学中心S8与其他亚稳态结构之间相互转换，并且折叠至天然态S7，仅有三条选择路径：1）S8—S7；2）S8—S0—S7；3）S8—S1—S7。这说明融球状结构S8的形成是TC10b折叠至天然态过程中的限速步骤。图1-3迷你蛋白Trp-cage的折叠路径（图片来自于参考文献28、44、45、50和117）图（a）（b）和（c）表示Trp-cage的多种折叠路径模型；（d）表示Trp-cage的九态折叠模型；（e）为该蛋白的折叠能量漏斗示意图Figure1-3ThefoldingpathwaysofTrp-cagemini-proteinmodel(Reprintedfromreferencesof28,44,45,50and117)(a),(b)and(c)showmuti-pathfoldingmodel,(d)isthenine-statefoldingmodeland(e)isaschematicoftheTrp-cagefoldingfunnel.对过去18年的研究工作统计表明，在迷你蛋白Trp-cage的结构折叠机制中多种路径折叠模型占据绝对优势，并且还发现由盐桥稳定的两个疏水核的中间态结构常发生在扩散-碰撞模型中。盐桥的早期形成不仅可以加速Trp-cage的折叠动力学，也可以阻碍Trp-cage的折叠动力学，因此由中间态结构转换至天然态结构的过程中，体系结构需要能量来打破已经形成的盐桥。而与天然态极其相近的融球状中间态结构在扩散-碰撞和成核-聚集模型中均有发现，这可能与这种中间态结构存在于折叠末期有关。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Y220C突变体影响p53C蛋白质构象转换的分子动力学模拟[J]. 沈洪辰,丁吉勇,李丽,刘夫锋. 物理化学学报. 2016(10)
[2]模型多肽Trp-Cage折叠形成机制的研究进展[J]. 吴晓敏,袁晓辉,薛书蕾,查岭生,王光利,张海军. 物理化学学报. 2013(09)
[3]分子动力学模拟研究多肽Trp-cage的折叠机制[J]. 段莉莉,张庆刚. 现代化工. 2012(08)
[4]二点委夜蛾越冬场所调查初报[J]. 石洁,王振营,姜玉英,单旭南,张海剑,王静,戈星. 植物保护. 2011(06)
硕士论文
[1]改进的AMBER力场研究Trp-cage的折叠机理[D]. 牟丽蓉.华东师范大学 2014
本文编号：3319692
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