复杂环境下蛋白质结构、功能与稳定性的NMR研究

发布时间：2017-12-14 18:33

  本文关键词：复杂环境下蛋白质结构、功能与稳定性的NMR研究

  更多相关文章： 蛋白质结构与功能 核磁共振 拥挤环境 限域环境 稳定性 反胶束 环境效应

【摘要】：细胞环境极其复杂,大分子拥挤、空间上的限域以及弱相互作用普遍存在。蛋白质发挥功能的天然细胞环境很可能会影响到蛋白质的结构、功能以及稳定性。核磁共振能够在原子分辨率上提供蛋白质结构、功能以及稳定性信息。NMR能够在溶液状态下研究拥挤、限域等环境效应对蛋白质结构的影响。我们运用NMR研究反胶束模拟的限域环境对多结构域蛋白结构与功能的影响;并利用19F NMR方法研究拥挤以及限域环境对KH1蛋白稳定性的影响。反胶束限域环境影响了多结构域蛋白的结构。蛋白质限域不仅是细胞内包括伴侣蛋白腔内蛋白质的折叠与错误折叠、核糖体内蛋白质的生物合成、易位子内蛋白质的运输等生物过程的关键因素;同样在药物运输、酶萃取与恢复以及治疗药物的保护等工业应用中也扮演着重要的角色。限域环境对多结构域蛋白结构的影响目前尚不清楚。我们利用NMR方法研究了反胶束限域环境对多结构域蛋白钙调蛋白以及其复合物结构的影响。结果表明限域不会影响多结构域蛋白复合物holoCaM-MLCK的结构;该复合物在稀溶液中形成紧凑刚性结构。多结构域蛋白holoCaM在稀溶液中形成伸展的结构,限域会促使holoCaM形成紧凑的结构,结构域之间存在着接触。除了结构域第四个螺旋的取向有一些差异外,N端与C端结构域的整体结构与稀溶液中伸展构象的结构域结构类似。反胶束限域环境改变了 holoCaM功能。我们通过holoCaM的1H-15N HSQC滴定实验研究限域所引起的结构上变化对功能的影响。结果表明限域环境改变了 holoCaM的功能:holoCaM在稀溶液中可以和MLCK、AcN19以及somatostatin结合;在反胶束中只能与MLCK和AcN19结合。虽然亲和力显著不同,但holoCaM在稀溶液中和MLCK以及AcN19结合后各自形成紧凑的结构。CaM-somatostatin复合物的PCS和RDC数据表明该复合物结主要以伸展的构象存在。结构上的差异暗示holoCaM在反胶束中结合MLCK和AcN19,而不结合somatostatin很有可能是体积选择的结果而不是由结合力强弱来决定。与holoCaM的紧凑结构相比,CaM-somatostatin复合物的伸展构象占据更大的空间。由于反胶束内的有限空间,holoCaM倾向于自己形成紧凑结构,而不是和somatostatin相互作用。复杂环境下KH1蛋白折叠以及结合的热力学。细胞内蛋白质的折叠与结合通常发生在拥挤以及限域的环境内。已有的研究表明拥挤和限域环境会改变蛋白质的稳定性,但是对同一个蛋白在不同复杂环境下的稳定性的全面性分析研究很少。我们运用19F NMR研究了拥挤环境和限域环境对蛋白质稳定性的影响。结果表明KH1在拥挤试剂中稳定性增加,熵值减小而焓值减小。拥挤试剂的单体(sucrose、EG、glucose)比其多聚物(ficoll 70、PEG 200、dextran 70)更能稳定蛋白质,蛋白质在拥挤试剂单体中比在多聚体中熵值更大而焓值更小,这与大分子拥挤的理论相违背。KH1在反胶束中稳定性降低,是焓值增加而熵值也增加的。我们的结果与硬核排阻体积理论预测的结果完全相违背。蛋白质和反胶束内表面的化学相互作用可能起作用,这种化学相互作用的几何性很有可能发挥作用。综上所述,我们利用NMR研究了复杂环境对蛋白质结构、功能以及稳定性的影响。我们认为细胞很有可能利用环境效应来调控蛋白质结构、功能与稳定性。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O629.7

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本文编号：1288950