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肌酸激酶(CK)能催化ATP和磷酸肌酸之间可逆的磷酸转移反应,因此负责维持细胞内ATP水平的稳定。人类胞浆型CK有两个亚型,脑型(B)和肌型(M),它们通常以同型二聚体的形式存在。尽管具有高度相似的氨基酸序列和三级结构,hBBCK和hMMCK的热稳定性却差异很大。它们的热失活分子机理被认为与二聚体界面的亚基解离有关。进一步实验表明36位氨基酸(hBBCK中为Pro,hMMCK中为Leu)单点突变就能消除二者热稳定性的差异,但是分子机理尚不清楚。本论文利用分子动力学模拟的方法初步探究了影响CK热稳定性差异的因素,并深入研究了36位氨基酸导致hBBCK和hMMCK热稳定性差异的机理。首先,本论文对hBBCK和hMMCK的固有性质进行了比较。相比于hBBCK,hMMCK表面亲水性更好,内部氢键盐键作用更多,表现出更高的热稳定性,但是没有表现出更稳定的二聚体界面。高斯网络模型分析中,与hMMCK相比,hBBCK中36位氨基酸更容易与另一条链的氮端结构域作用。高温模拟中,二者表现出相似的结构波动,主要差异表现在氮端和碳端结构域中间的连接氨基酸。在20ns超高温模拟中并未观察到二聚体的解离,因此需要用其他加速方法进行研究。然后,本论文基于常温平衡模拟,运用自由能计算的方法,确定了36位氨基酸通过调节二聚体界面的亲和性影响人胞浆型肌酸激酶的热稳定性。进一步通过功能模式分析和网络分析确定了36位氨基酸影响二聚体解聚的机理。相比于Pro36,Leu36能通过物理接触和协同运动与周围更多的氨基酸形成网络连接,同时整个链内的氨基酸网络连接也被加强,这使得界面氨基酸沿两条链分离方向的运动幅度减小,从而使得二聚体更难解离。同时,为了直接观测二聚体的解离,本论文还进行了加速分子动力学模拟。然而,尽管hBBCK发生了大尺度的构象变化,在200ns的模拟中并未发现二聚体的解离。进一步分析发现,hBBCK大尺度构象变化主要来源于链间相对位置的变化,这种变化阻挡了底物进入活性位点。因此,除了二聚体的解离,活性位点的构象变化对hBBCK和hMMCK的热稳定性差异也有贡献。最后,本论文还简单介绍了作者参与的其他研究工作,即基于原核钠离子通道晶体结构NavRh研究真核电压门控钠离子通道的Na+/K+选择性机理。