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CopC是革兰氏阴性菌抗铜操纵子cop所编码的四个蛋白之一,其存在于高氧化细胞周质空间内,与其他抗铜蛋白(膜结合蛋白CopB、CopD和细胞周质蛋白CopA)在CopR,CopS调控基因参与下,共同调控革兰氏阴性菌体内铜平衡。apoCopC在溶液状态下,呈现由9股β折叠通过“loop”结构相连形成希腊拓扑β-sandwich结构。CopC含有102个氨基酸残基,仅有一个的色氨酸和酪氨酸残基分别位于83位和79位。 为探究83位色氨酸残基和79位酪氨酸残基在维系蛋白质稳定性中发挥的作用,本文用定点突变的方法构建得到四个酪氨酸或色氨酸突变体(Y79W, Y79F,Y79W-W83F和Y79W-W83L)。通过DNA序列分析鉴定所得突变体为目的基因。将重组质粒转入大肠杆菌BL21细胞中,在诱导剂IPTG诱导下实现蛋白质可溶性表达。经阴、阳离子交换层析柱纯化后获得纯度较高的目的蛋白,并经SDS-PAGE、质谱、紫外可见吸收光谱、远紫外CD谱等多种方法证实。 针对文献报道的蛋白三态解折叠自由能计算方法所存在的问题(用该方法计算的三态解折叠蛋白去折叠自由能不能与两态解折叠蛋白的比较),本文提出一个新方法。该方法是在经典假设(蛋白三态解折叠过程可看作是两独立的两态去折叠过程的叠加)基础上,引入摩尔分布分数,将蛋白三态解折叠过程看作是两个两态解折叠以一定的摩尔分数组合而成。蛋白总去折叠自由能是由这两个两态去折叠自由能以摩尔分数相加得到。通过对α-亚基色氨酸合成酶变性数据分析和本文CopC变性体系研究发现,该新方法具有普遍适用性,且应用该新方法计算所得去折叠自由能较文献报道方法更为精确、合理。 apoCopC特殊的疏水桶状结构,使其具有潜在的超分子性质。apoCopC与Vitamin B6相互作用研究显示,Vitamin B6可以进入蛋白质疏水桶内,与其形成5∶1稳定超分子包合物。对二者在不同离子强度溶液中的相互作用研究和分子模拟计算发现二者之间主要通过形成氢键结合。蛋白质与Vitamin B6结合前后热稳定性研究发现小分子结合不会造成蛋白质构象较大变化,也不会影响蛋白质耐热稳定性。 对apoCopC及其突变体蛋白荧光性质(荧光光谱、荧光寿命和荧光猝灭)研究,发现CopC蛋白中83位附近微环境极其疏水,而79位附近微环境与83位的相比则较为亲水;突变蛋白Y79W中位于83位和79位的色氨酸残基均对蛋白质荧光有贡献。通过远紫外CD谱和脲变性、盐酸胍变性、热变性等实验方法研究CopC中Tyr79在维系蛋白质稳定性中的重要作用。研究发现Tyr79与其他氨基酸残基间的氢键作用,参与蛋白质骨架结构的形成;而其通过芳环与其他氨基酸残基间的疏水作用或芳环堆积作用对稳定蛋白亦十分重要。对Y79W、Y79W-W83F和Y79W-W83L的稳定性研究发现CopC中位于83位的色氨酸残基的芳香环与其他氨基酸残基间的相互作用在稳定蛋白质核心结构(疏水桶)中起重要作用。 apoCopC具有两个金属离子结合位点,分别位于蛋白相距约30(A)的两端(C-端和N-端),可以高亲和结合Cu+和Cu2+。本文研究了apoCopC及其突变蛋白与金属离子的结合性质,最终着眼于金属离子结合对蛋白质稳定性的影响。apoCopC可以高效、专一结合Cu2+,由于与Cu2+配位的氨基酸残基在空间结构上相距较近,突变后并不干扰蛋白Cu2+结合部位构象,因此也不会对其Cu2+结合性质造成影响;Cu2+结合后会使apoCopC及其突变蛋白稳定性增大,其可能的机理为Cu2+结合后会造成蛋白质构象重排,使蛋白局部结构更加紧致;结合Cu2+后,(M-)CopC的解折叠行为由两态转变为三态为这一构象重排假说提供了证据;而对Y79W-W83F和Y79W-W83F-Cu2+变性过程中物种分布比较,发现CopC在变性过程中优先变性蛋白质C-端结构,即蛋白N-端结构较为稳定。同时,我们发现(M-)CopC中C-端金属离子结合部位可与Ag+结合,且该金属离子结合位点的占据并未造成(M-)CopC蛋白质稳定性明显改变,可见CopC中N-端结构在维持蛋白稳定性中起主导作用。apoCopC与Hg2+的相互作用研究显示,Hg2+可以与蛋白质两金属离子结合位点结合,且优先占据Cu2+结合位点;蛋白质两金属离子结合位点在维系其稳定性中具有协同性,当两金属离子结合位点同时被占据时,蛋白质稳定性显著增大。