两种昆虫纤溶酶的性质、结构分析以及酶模拟研究

来源 :广东工业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:xialin1983922
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随着人口结构的老龄化和人民生活水平的提高,心脑血管疾病已成为威胁人类健康的一大杀手,心肌梗塞、脑中风等血栓性疾病的发病率正逐年提高。溶栓是治疗血栓性疾病有效的手段,但目前临床使用的溶栓药物有异常出血等副作用,而且价格昂贵,因此迫切需要研制高效、快速、副作用小,价廉的新型溶栓药物。本文从两种昆虫(地鳖、黄粉虫)体内提取了一类纤溶酶,研究了其溶栓作用、抗血管生成作用和抑制肿瘤作用等性质。并对这两种昆虫的纤溶酶氨基酸序列进行了分析,利用生物信息学方法模拟了它们的三维结构,找到了这两种酶的活性中心。设计并合成一种新型高分子化合物,模拟该类纤溶酶。为深入研究该类纤溶酶的药理性质,开发廉价的新型溶栓药物奠定了理论基础。   本文利用离子交换层析技术和凝胶层析技术,从黄粉虫和地鳖体内分离纯化了两种纤溶酶,分别命名为黄粉虫纤溶酶(YFP)和地鳖纤溶酶(EFP)。利用硫酸蒽酮法,测量了这两种纤溶酶的含糖量;利用SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳测量了这两种纤溶酶的相对分子量;纤维蛋白平板实验证明这两种酶都具有纤溶活性,并研究了金属离子、EDTA、尿素、巯基乙醇对这两种酶活性的抑制作用,以及他们最适宜的温度和pH值。用红外光谱表征了两种纤溶酶;鸡胚尿囊膜实验证明这两种纤溶酶都能抑制血管生成;荷瘤小鼠动物实验证明这两种纤溶酶都具有抑制肿瘤细胞的效果。研究结果表明:黄粉虫纤溶酶相对分子质量约为56.1kD,糖含量为7.084%,Na+和K+对黄粉虫纤溶酶的纤溶活力基本无影响,而Mg2+和Ca2+则对其活力有一定的抑制作用,EDTA、尿素和巯基乙醇也能抑制其纤溶活性。黄粉虫纤溶酶的最适宜反应温度为25℃-45℃,最适宜pH值为7.5。做酶促反应动力学实验检测了黄粉虫纤溶酶对不同底物的Km值,得出结论:该酶跟不同的底物结合能力是不一样的。跟酯键结合能力较强,跟酰胺键结合能力次之,跟酪蛋白肽键结合能力最弱。地鳖纤溶酶相对分子质量约为41.3kD,糖含量为10.05%。Na+与K+对地鳖纤溶酶活性几乎没有影响,Mg2+,Ca2+对其活性有一定的抑制作用,EDTA、尿素和巯基乙醇也能抑制其纤溶活性。地鳖纤溶酶的最适宜反应温度为40℃,最适宜pH为8.0。利用caspase-3活性检测试剂盒,检测了地鳖纤溶酶诱导H22和S180肿瘤细胞凋亡时caspase-3的活性,得出结论,地鳖纤溶酶体内诱导的S180和H22肿瘤细胞凋亡的其中一个通路是caspase-3活化机制。   利用生物信息学方法,对黄粉虫纤溶酶和地鳖纤溶酶进行了结构分析,用biosun软件的同源模建技术,模拟了它们的三维结构。利用goldkey软件,对这两种酶的氨基酸序列进行了分析,重点讨论了其柔性、亲水性、等电点跟催化活性之间的关系。找到了它们的活性中心和底物结合部位。这两种昆虫纤溶酶的活性中心都是组氨酸、丝氨酸和天冬氨酸三个氨基酸残基,都位于球蛋白中心凹穴处,底物结合部位都是丝氨酸、天冬氨酸和甘氨酸。从微观分子水平上阐述了该类酶水解纤维蛋白的机理是催化精氨酸-赖氨酸之间的肽键水解,与报道的纤维蛋白的溶解机理相符,为模拟酶的合成提供了思路。比较这两种昆虫纤溶酶,发现他们的同源性很高,三维结构类似,柔性相近,亲水性和等电点有一定的差异。   纤溶酶活性中心是组氨酸、丝氨酸和天冬氨酸三个氨基酸残基,其侧链的官能团分别是:咪唑基、羟基和羧基。因此设计乙烯基咪唑、丙烯醇和丙烯酸三元共聚,合成一种新型高分子共聚物(模拟酶)。该共聚物在国内外均未见报道,其主链为碳链,侧链布满了咪唑基、羟基和羧基。以渗透压法,测量了模拟酶的数均分子量;以纤维蛋白平板实验中纤溶圈的面积,表征模拟酶的活性,得到模拟酶的最佳合成条件;研究了金属离子和pH值对模拟酶纤溶活性的影响。凝胶色谱实验,得到模拟酶的平均分子量,以及分子量分布;利用不同环境下模拟酶的粘度检测,对其微观结构作了初步探讨。得出结论,该模拟酶的数均分子量为:4.7×104;最佳反应条件为:乙烯基咪唑、丙烯酸、丙烯醇按投料比1:20:1;苯为溶剂;偶氮二异丁基腈为引发剂;反应温度为80℃。体外血块溶解实验证明,20%的模拟酶溶液能很好的在体外溶解血块,模拟酶浓度越高,溶栓能力越强。金属离子对模拟酶的纤溶活性没有显著性影响,pH为6和9时,模拟酶纤溶活性最高。并用红外、核磁共振表征了模拟酶的结构。
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