荷电表面同电荷蛋白质空间取向的分子动力学模拟

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在应用基因重组技术生产高附加值蛋白质的过程中,蛋白质高效表达导致的包含体生成是影响其最终生产水平的重要瓶颈,而抑制蛋白质聚集则是解决此瓶颈的关键所在。实验研究发现与蛋白质带同种电荷的离子交换介质能够有效抑制蛋白质折叠中间体的聚集进而显著提高蛋白质的活性收率。其机理可能是同电荷介质与蛋白质之间的静电排斥力诱导蛋白质在带电表面形成特定的定向排布,进而抑制聚集并提高复性收率。然而,利用现有实验技术很难直接验证上述机理。分子动力学模拟能够提供系统微观结构信息,并能方便地利用统计力学得到系统的宏观性质,是实验研究的重要补充和拓展,已被广泛应用于蛋白质复性研究。因此,本文采用分子动力学模拟,研究蛋白质分子在同电荷荷电表面上的构象转换及其空间取向。通过建立粗粒化模型和全原子模型,多尺度深入阐释此微观过程,并考察静电作用强度对该蛋白质方位变化及构象转换的影响。粗粒化模拟和全原子模拟结果均表明,蛋白质被荷电表面排斥远离表面。在此过程中,蛋白质进行了空间方位的调整,形成了蛋白质的偶极矩和荷电表面垂直的空间取向,与前人的研究结果一致。更大的电荷数能带来更强的静电排斥力,诱导形成更明显的定向分布,但同时会造成更大程度的蛋白质变性。过强的静电作用甚至导致严重的蛋白质变性,进而使得蛋白质发生大规模聚集。因此,存在着合适的电荷数以获得最大的蛋白质活性收率。
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