结构基元模型在一些酶解折叠机理研究中的应用

来源 :山西大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:Stephanie1121
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蛋白质折叠问题是生物学领域研究前沿课题之一。研究蛋白质在体外的解折叠过程,对于了解生命过程中蛋白质的生物功能具有重要意义。  蛋白质解折叠过程测定的实验方法有多种,但从中很难直接捕捉到其过渡态的结构及物种分布特征。酶作为一类具有催化功能的蛋白质,其活性测定表征的解折叠曲线与谱学测定表征的解折叠曲线明显不同。分子动力学模拟(MD)受模拟时间和计算机性能的限制,只能研究分子量小于100 kD的蛋白质。鉴于此,亟待发展一种新的方法来克服存在的缺陷。  本论文采用紫外可见光谱、荧光光谱、圆二色光谱、荧光寿命等手段研究了溶菌酶和牛碳酸酐酶解折叠过程,结合结构基元模型给出了酶解折叠机理。  由盐酸胍和还原脲诱导溶菌酶分子解折叠结果表明:溶菌酶解折叠过程符合“三态模型”并且属于“连续反应”机理;盐酸胍浓度在0~3.8 mol/L范围内溶菌酶的β片结构域(酶活性部位)发生解折叠,盐酸胍浓度在3.8~5 mol/L时反映的是α-螺旋结构域解折叠情况;利用结构基元模型不但准确全面的描述了溶菌酶分子解折叠的整个过程,而且较已报道文献在整个变性剂浓度范围内给出了更加合理的溶菌酶分子解折叠过程各物种分布特征。  不同温度下盐酸胍诱导牛碳酸酐酶(BCA)解折叠实验结果表明:高温不利于化学变性的进行,盐酸胍和牛碳酸酐酶相互作用疏水作用占主导地位;25℃下,盐酸胍诱导牛碳酸酐酶解折叠过程符合“三态模型”且属于“连续反应”机理。随着盐酸胍浓度的增加,荧光光谱表明牛碳酸酐酶色氨酸由非极性环境向极性环境变化;CD光谱结果显示牛碳酸酐酶二级结构α-螺旋先减少后不变最后消失,并且α-螺旋不发生变化时牛碳酸酐酶残余活性经历从有到无的单跃迁两态过程。  温度诱导溶菌酶、牛碳酸酐酶和apo-牛碳酸酐酶热变性实验结果表明:溶菌酶热变性符合“四态模型”,热复性属于“三态模型”并应用荧光共振光散射(RLS)、ThT荧光光谱法、非变性凝胶电泳法证实此过程没有聚集体的生成;而牛碳酸酐酶在相同条件下有聚集体的产生;apo-牛碳酸酐酶较牛碳酸酐酶更容易发生聚集并且聚集速率大约是后者的7倍。  本论文的创新之处在于:首次按照“平行反应”、“连续反应”两种反应机理研究了酶解折叠过程中各构象态的物种分布情况;利用结构基元模型解决了酶活性与光谱研究不一致的问题。
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