蛋白质折叠速率与变性剂浓度关系的量子理论模型

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蛋白质折叠在生物学中是一个非常复杂的问题,蛋白质的折叠速率受到很多因素的影响,诸如温度、变性剂浓度、蛋白质的大小以及氨基酸组成等。从上个世纪30年代,我国科学家吴宪就提出了蛋白质的变性问题。多年来,为了研究蛋白质折叠的机制,科学家们一直进行不懈的探索。在传统的研究中,通常使用经典力学基础上的分子动力学模拟来研究蛋白质折叠。主要的模型有折叠路径模型、折叠漏斗模型、框架模型和扩散-碰撞模型疏水核折叠模型等。罗提出了蛋白质折叠的量子理论,把蛋白质折叠看成是一构象量子跃迁过程。我们依据蛋白质折叠速率的一般公式,确定了两态蛋白质折叠率公式中的快变量因子Mā2,计算了65个两态蛋白质的折叠速率理论值,得到理论计算值和实验数据的相关系数为0.79;同时给出了微管蛋白质共振频率的理论公式,并估算出微管蛋白质共振频率为106Hz-107Hz,计算得到的理论值和实验值相吻合。依照折叠自由能和变性剂浓度的线性关系,得到了蛋白质折叠速率的公式,即蛋白质折叠速率对变性剂浓度的依赖关系的公式,我们根据实验数据确定了公式中的有关常数。一共研究了23个两态蛋白质,其中有15个蛋白质和实验数据相吻合,在整个过程每个变性剂浓度对应实验数据和理论计算结果基本拟合;能比较好的说明整个折叠过程。有6个蛋白质理论计算数据部分和实验数据吻合,有的在变性剂浓度较小时,理论数据和实验数据拟合较好,有的在变性剂浓度较大时,理论数据和实验数据拟合较好,只能部分说明折叠过程。  结果表明,采用构象量子跃迁观点来研究蛋白质折叠问题是可行的,它为研究者理解蛋白质折叠机制提供新的想法。蛋白质折叠的量子折叠理论将为复杂的生物学研究领域,开辟一片新的领域。
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