| 题名 | 驱动蛋白颈链骨架氢键强度的水相关性研究 |
| 作者 | 覃静宇 |
| 答辩日期 | 2018-12-01 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 授予地点 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 导师 | 方海平 |
| 关键词 | 驱动蛋白 水 颈链 |
| 英文摘要 | 驱动蛋白作为最小的分子马达在细胞输运及细胞有丝分裂等过程中起到了极其重要的作用。驱动蛋白可以将ATP水解的化学能转换为可以直接应用的机械能,并运用其沿着微管携带货物进行上百步单向运动。行走时两个马达结构域交替前进。行进过程中驱动蛋白处于不同的核苷酸循环态且两个马达结构域同时处于不同步状态,此时的马达结构域会发生相应的轻微构象变化,驱动蛋白的颈链对接到马达结构域过程是驱动蛋白力产生过程,颈链是力产生元件。(1)我们采用分子动力学模拟方法对驱动蛋白的颈链与马达结构域之间骨架氢键及其它相互作用进行研究,发现颈链的β 10部分与马达结构域形成了拉链状的四个骨架氢键而且它们的强度表现出了很大差别。并分析了各个骨架氢键的成键比例。我们采用显示水模型,能更好地观察到氨基酸与水分子之间的相互作用。我们认为这些骨架氢键强度差异主要来源于水分子与它们之间的关系。水分子对氢键的攻击主要依赖它们接触的环境。如果水分子能接近骨架氢键并对其攻击,则很可能帮助破坏氢键,促进颈链从马达结构域上打开。我们将水分子接近骨架氢键的特定路径称为水通道,水分子会从水通道进入,接近骨架氢键从而直接对其实施攻击并且弱化这些氢键的强度。而在拉链的另一侧,骨架氢键被氨基酸疏水侧链保护地很好,这一侧的氢键相对来说难以攻破。从而拉链的氢键的强度呈梯度分布。(2)位于驱动蛋白C-末端的颈链被认为是是驱动蛋白的力产生步骤的关键。颈链由约14个氨基酸残基组成,分为颈链N-末端的三个起始氨基酸、β 9和β10三部分。与此对应,颈链对接到马达结构域也有三个步骤:前三个氨基酸形成extra turn结构,β 9对接到马达结构域以及β10对接到马达结构域。这一系列过程中驱动蛋白受到各种外力和内力的影响,在这些影响下实现对接与打开。本文主要针对第三步骤进行研究展开。β10对接到马达结构域会形成拉链状的四个骨架氢键,而且拉链的氢键的强度呈梯度分布能帮助颈链的对接或者打开到马达结构域。颈链对接过程是一个力产生的过程,会带动后面马达结构域甩到前面,从而实现马达向前进行。这个过程中一旦β10N-末端的ASN latch锁住了,接下来的对接相对容易实现。而颈链打开过程是上面行为的逆过程。C-末端的骨架氢键强度较低,容易受到水分子攻击而打开。随着C-末端的骨架氢键的打开,随后的骨架氢键被暴露在水环境中,增加打开的可能性。这些过程都表示了蛋白质应用较少能量实现了更优结果。(3)我们考察了驱动蛋白力学功能中涉及的几种非键作用的配合关系。蛋白质的空间结构除了肽链的氨基酸主链或者侧链之间通过氢键连接,也有如盐键、疏水相互作用、水桥等相互作用。颈链C-末端的β10的对接过程表面上看是骨架氢键的作用,但实际上在β10相关部分的疏水和亲水氨基酸侧链的安排对于骨架氢键的形成和稳定有非常重要的帮助。通过突变若干个关键的疏水氨基酸的方法,我们考察了疏水作用与颈链β10部分骨架氢键的相互关系。我们发现这两种作用存在着相互加强的正配合关系。这些发现加深了我们对于驱动蛋白结构设计的理解。本文的研究深入揭示了驱动蛋白对接及打开过程的各种键能关系。为今后研究类似蛋白质的构象变化,提供了一个新的角度:应适当考虑蛋白质骨架氢键的有效强度以及与周围水环境等的非键相互作用的重要性。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 108 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/31246]  |
| 专题 | 上海应用物理研究所_中科院上海应用物理研究所2011-2017年 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 覃静宇. 驱动蛋白颈链骨架氢键强度的水相关性研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 2018. |
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