若干小分子对大分子构象影响的研究

【摘要】：溶液中的一些小分子例如尿素、盐离子和配体分子等对大分子特别是生物大分子的行为有着重要影响。富含鸟嘌呤碱基的DNA、RNA在盐离子或者小分子配体的作用下,可以折叠成为一种特殊的二级结构,称为G-四链体。这种结构在细胞复制过程中起到调节作用。另外,在添加剂(例如,尿素或者醇)的作用下,蛋白质变性并丧失其功能。在本论文中,我们主要使用分析型超速离心(AUC)中的沉降速率法(AUC-SV)和差示扫描量热法(DSC)研究了若干小分子对溶液中生物大分子构象的影响。本论文主要结果如下:1.人类端粒DNA片段(AGGG(TTAGGG)3,Tel22)可以在一些单价阳离子存在的情况下折叠成为G-四链体。这些阳离子可以通过非特异性和特异性相互作用分别与DNA的磷酸基团和鸟嘌呤的06结合。实验表明,当钾离子浓度高于10.0 μM时,Tel22在特异性相互作用的影响下开始逐渐折叠成为G-四链体,表现为标准沉降系数(s20.w)随钾离子浓度的增加而增大。然而,只有当体系中阳离子浓度大于1.0 mM时,非特异性相互作用才起作用。另外,钾离子合适的大小以及其较易脱水化的性质使得其比其它离子如锂离子、钠离子和铯离子更容易促进G-四链体的形成。在不同阳离子浓度下得到的DNA分子量与其真实分子量相近,表明在本研究中观察到的都是单链构象变化。2.卟啉衍生物TMPyP4是一种G-四链体配体。对于TMPyP4和G-四链体的研究很多,但是像结合数目以及由结合引起的构象变化仍不清楚。本研究表明,在NaCl存在的情况下,每个Tel22上结合的配体个数随着TMPyP4浓度的增加而增加,随着NaCl浓度(CNaCl)的增加而减小。并且,通过中等强度结合方式与G-四链体结合的TMPyP4可以促进G-四链体二聚体的形成。TMPyP4与G-四链体之间的强相互作用对于二聚体的形成没有影响,而二者之间的弱的静电相互作用会抑制二聚体的形成。3.聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)的水溶液具有最低临界溶液温度(LCST),当溶液温度大于相转变温度时,PNIPAM链会发生塌缩。尿素可以和PNIPAM结合并影响其相转变。研究表明,在加热过程中,尿素与亲水基酰胺键的结合减小了放热焓变,使得总体焓变增加;而与疏水基异丙基的结合则使得整体的焓变减小。另外,甲基尿素的实验表明,在相转变过程中亲水基酰胺键对相转变焓变的贡献都是来源于羰基(C=O)。这一实验结果对于我们了解在尿素存在下的蛋白质变性具有重要意义。4.利用酸沉淀的方法粗提了大豆蛋白中的大豆球蛋白(11S蛋白)。实验表明,提取过程中2-巯基乙醇的加入会大大减少11S蛋白中聚集体的含量,但并不会对11S蛋白的结构产生明显影响。之后经过特异性吸附柱子ConA-琼脂糖4B纯化得到了纯净的11S蛋白。AUC-SV实验结果表明,纯化过的11S蛋白也包含多种具有不同沉降系数的组分,例如:3 S、7 S、11 S和15 S等。NaCl浓度在108 mM～1 M之间的变化并不会引起各组分相对含量的明显变化,但是可能会使得11S蛋白的结构发生变化。另外,在pH较低(pH = 3)的条件下,11S蛋白会解散成为沉降系数为7 S的半分子蛋白。