收藏本站
《重庆大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于计算机模拟、自组装和力谱技术的蛋白质分子间相互作用研究

吕正检  
【摘要】: 蛋白质是生命的基础,它是生物体内一切功能活动的主要执行者。生物体内的机制大部分是经由蛋白质与蛋白质之间的相互作用而发挥生理功能。基于抗原或抗体的蛋白质分子间的相互作用研究是蛋白质分子间相作用研究的重要领域。本文以胰岛素(INS)和胰岛素降解酶(IDE)、人免疫球蛋白G(人IgG,以下简称抗原)和大鼠抗人IgG蛋白质(以下简称抗体)为模型系统,主要进行了以下几个方面的研究: (1)采用用于生物系统相互作用的二维图形学实验室(2D-GraLab)的分子模拟方法对INS(PDB序列号2jv1)和IDE(PDB序列号2jg4)相互作用进行模拟,以谋求获得蛋白质间相互作用的形式和内涵。结果显示INS和IDE的结合过程中主要存在着溶剂化效应和范德华力相互作用。其中,复合物A链和B链对结合的溶剂化自由能分别做出了-4.288 kcal/mol和-5.495 kcal/mol的贡献。而复合物A链和B链对结合的范德华力相互作用分别做出了-0.199 kcal/mol和-0.249 kcal/mol的贡献。同时,由残基配对总结图中可知,INS的A链55位Thr残基和B链的30位Thr残基之间发生了立体碰撞,其质心间距离为1.71 nm。INS的A链53位His残基和B链4位的Glu残基发生了离子对相互作用,其质心间距离为5.35 nm。 INS界面由疏水性的氨基酸组成,由此形成的强疏水性导致了其在溶液环境中的不稳定性,从而作为一种有效的化学力推动了该分子与IDE发生纳摩尔水平上的结合。IDE和INS在结合界面上发生了分子表面间的密集接触,造成了一个明显的基质镶嵌位点,并形成了一对静电作用的盐桥。与此同时,在范德华形状互补和疏水驱动的协同作用力下,IDE和INS之间瞬时形成了稳定的复合物结构,从而介导下游生物学效应。 (2)运用自组装(SAM)方法制备了16-巯基棕榈酸(MHA)分子膜,并将抗体分子共价连接在经1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)-碳化二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)活化后的MHA膜上,从而实现了抗体的固定,获得了均一可控的抗体单分子层。 对制得的抗体单分子层分别采用轻敲模式原子力显微镜(TM-AFM)、掠入射X射线衍射(GIXRD)、X射线光电子能谱(XPS)、接触角(CA)测试等方法对其表征。空白金片、MHA膜和抗体单分子层的二维和三维形貌显示三种不同表面具有截然不同的微结构。GIXRD测试显示MHA膜和抗体单分子层的GIXRD图谱与空白金片显著不同,均在0-150的2θ角范围内有特征峰,但MHA膜和抗体单分子层的GIXRD的峰形及峰位并不一致且具有明显差异。空白金片、MHA膜和抗体单分子层的XPS测试结果表明三种表面的元素组成均与预期的吻合,空白金片的Au结合能图谱与标准图谱一致,在86.6 eV和82.9 eV处存在强峰,经MHA修饰后的金衬底其Au结合能图谱峰位发生了化学位移(移至87.46 eV和91.11 eV处)。MHA膜的S2p结合能图谱在162.17 eV和161 eV处有强峰。在S2p结合能图谱中未发现高于164 eV的峰,意味着制得的MHA膜上不存在游离的MHA分子。抗体单分子层的的N1s结合能图谱在400.55 eV有强峰,提示抗体分子已成功地连接在MHA膜上。CA测试结果显示MHA膜和抗体单分子层的接触角分别为180和140,均具有十分亲水的表面。 此外,本文还测试了MHA与正十二硫醇一系列摩尔比的混合硫醇分子膜的接触角,结果发现接触角随着MHA比例的增大而减小,呈反相关关系,而随着正十二硫醇的所占的比例增大而增大,呈正相关关系。 (3)采用TM-AFM和摩擦力显微镜(FFM)对抗原和抗体分子间的相互作用进行成像学研究。在两种成像方法中,分别对空白金片、抗体单分子层以及抗原/抗体复合物分子层进行成像。在TM-AFM研究中,同时记录其表面形貌图和相位图,对比形貌图和相位图可见三种不同表面的具有不同的微结构,形貌图与相位图互为呼应与验证,表明抗体分子已成功固定在硫醇修饰的金衬底上,抗体与抗原之间发生了特异性识别事件并形成了复合物。 在FFM研究中,不同表面的FFM形貌图显示出不同的表面微结构,提示抗体分子已成功固定在硫醇修饰的金衬底上,抗原修饰的探针与抗体单分子层之间存在相互作用力,封堵实验的结果与预期一致,确认了上述特异性相互作用力的存在。封堵实验结果中出现的较为“平缓”的表面结构是由于在接触模式下针尖的展宽效应所造成的。FFM成像研究与TM-AFM成像研究可互为佐证,表明两者均可用于蛋白质分子间相互作用研究,且在实验过程中发现FFM具有良好的重现性。此外,对成像过程中可能出现的假相,分别举例一一说明并给出了经验性的解决方法。 (4)对抗原和抗体分子间相互作用的粘附力和摩擦力进行研究。粘附力研究结果表明抗原修饰的探针和抗体分子层间、空白探针与抗体分子层、封堵实验以及交换实验的粘附力大小分别为0.6-1.0 nN、0-0.2 nN、0-0.2 nN、1.0-1.2 nN。以上实验表明抗原与抗体间存在着特异性相互作用力。对加载速率因素的考察显示加载速率与粘附力呈两段线性关系。采用泊松分布统计法计算得到单个人IgG和大鼠抗人IgG蛋白质分子间特异性相互作用力大小为144±11 pN,非特异性相互作用为69 pN。 采用FFM研究了抗原和抗体蛋白质分子间相互作用,结果表明法向加载力与摩擦力成正相关关系,抗原分子修饰的探针和抗体蛋白质分子层间、空白探针与抗体分子层、封堵实验、交换实验的摩擦力大小分别为200-250 pN、0-50 pN、50-150 pN以及250-300 pN,以上实验表明抗原与抗体间存在着特异性相互作用力,且其值比粘附力小一个数量级。 上述研究结果表明,2D-GraLab是进行蛋白质分子间相互作用理论模拟的有力工具,其结果能为实验研究提供一定的指导;SAM法适用于蛋白质的固定连接,且具有可靠性和易操作性;TM-AFM和FFM成像均可用于蛋白质分子间相互作用的研究,基于AFM的粘附力和摩擦力测试揭示了蛋白质分子间相互作用的力学行为。综上所述,本文从成像与力学两个方面揭示蛋白质相互作用的分子级行为,为生物大分子相互作用研究作出了有益的探讨,并可用于生物传感器、药物筛选等生物医学重要研究领域。
【学位授予单位】:

知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 徐筱杰,唐有祺;晶体工程及其在化学中的应用[J];无机化学学报;2000年02期
2 夏其英,肖鹤鸣,居学海,贡雪东;叠氮乙烷二聚体分子间相互作用的理论研究[J];化学物理学报;2004年01期
3 田国才,陶建民,李国宝;分子间相互作用的理论化学研究进展[J];云南师范大学学报(自然科学版);2002年01期
4 赵影;曾艳丽;郑世钧;孟令鹏;;卤键的研究进展[J];河北师范大学学报(自然科学版);2007年01期
5 黄辉;李金山;;HMX与含硼化合物相互作用的理论计算[J];原子与分子物理学报;2007年01期
6 刘学涌;周涛;常昆;王蔺;郑敏侠;罗毅威;;二维相关红外光谱研究4-氨基吡啶/甲基丙烯酸分子间相互作用[J];光谱学与光谱分析;2008年09期
7 李晓艳;张雪英;孟令鹏;郑世钧;曾艳丽;;丝氨酸与水相互作用的量子化学研究[J];河北师范大学学报(自然科学版);2010年06期
8 王小凡;韩俊;董辰方;韩露;万言珍;李锋;安润;董小平;;Tau融合蛋白及其缺失突变体与朊蛋白的体外作用分析[J];中国生物化学与分子生物学报;2006年05期
9 方翔;刘黎;刘广建;吴建华;;鉴定抗血栓单克隆抗体6B4与GPIbα复合物的MD模拟技术[J];生物物理学报;2009年S1期
10 江年;茆灿泉;;重金属结合肽(蛋白)的结构分析[J];生物信息学;2009年04期
11 刘凡镇,辛厚文;相互作用体系的极化率[J];中国科学技术大学学报;1987年03期
12 王丽莉;胡文军;赵晓平;何铁宁;;聚二甲基硅氧烷/白炭黑体系的分子模拟[J];原子与分子物理学报;2007年04期
13 谭嘉进;傅敏;常景;;N_2-O_2二聚物分子间相互作用势的第一性原理计算(英文)[J];四川大学学报(自然科学版);2008年05期
14 李金山;经福谦;;硝基甲烷和氟化氢多体相互作用的从头算[J];爆轰波与冲击波;2002年03期
15 张秀茹;;分子间相互作用与麻醉[J];国际麻醉学与复苏杂志;1980年03期
16 徐伯华,李来才,唐作华;甘氨酸与水分子间相互作用的理论研究[J];原子与分子物理学报;2003年02期
17 高晨;韩俊;石琦;陈岚;万言珍;高永军;陈建明;姜慧英;周伟;张宝云;董小平;;载脂蛋白ApoE的原核表达以及与PrP蛋白间相互作用的初步研究[J];病毒学报;2005年06期
18 曹锐;臧红霞;刘晓红;刘翔宇;成昌梅;苏晓东;赵玉芬;;小分子有机化合物与DC-SIGN相互作用的荧光光谱分析[J];中国生物化学与分子生物学报;2007年11期
19 Daniel MLLER;龚麟宸;;单分子层次上相互作用自动检测[J];生命科学;2008年03期
20 欧念武;周胜恩;;玻色气体节流过程的参量变化分析[J];重庆文理学院学报(自然科学版);2008年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘晓凤;李庆忠;程建波;李然;;~1HArF与苯之间的分子间相互作用研究[A];第十六届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2011年
2 刘志敏;;绿色溶剂体系的相行为和分子间相互作用对材料结构和性能的影响[A];中国化学会第十五届全国化学热力学和热分析学术会议论文摘要[C];2010年
3 苏培峰;吴玮;;溶剂环境中分子间相互作用的能量分解方法[A];中国化学会第28届学术年会第13分会场摘要集[C];2012年
4 张坤;齐浩;任兆玉;陈文芳;刘颖;艾霞;;UV诱导的细胞DNA损伤检测[A];第七届全国光生物学学术会议论文摘要集[C];2010年
5 叶志义;杨学恒;靳平;;P-selectin/PSGL-1分子间相互作用的原子力显微镜研究[A];重庆市首届工程师大会论文集[C];2004年
6 孙剑楠;季宇彬;汲晨锋;;羊栖菜多糖(SFPS-B2)的原子力显微镜观察[A];2008年全国糖生物学学术会议论文摘要[C];2008年
7 蒋俊光;蔡明军;郝先;单玉萍;王宏达;;活细胞膜蛋白定位的分子识别原子力显微镜研究简介[A];东北三省生物化学与分子生物学学会2008年学术交流会论文摘要[C];2008年
8 叶志义;张丽;范霞;;原子力显微镜研究加载速率对细胞弹性的影响[A];第九届全国生物力学学术会议论文汇编[C];2009年
9 鲁晶晶;景黎君;李尽义;韩瑞;方桂远;彭涛;张博爱;贾延劼;;Caveolin-1对大鼠骨髓间充质干细胞神经分化影响的原子力显微镜观察[A];中华医学会第十三次全国神经病学学术会议论文汇编[C];2010年
10 李学丰;张高勇;董金凤;周晓海;洪昕林;严肖慈;罗明道;;原子力显微镜研究囊泡在云母表面形成的结构[A];中国化学会第十届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 新汶;蛋白质“CRD-BP”可使大肠癌恶化[N];医药经济报;2006年
2 记者  邰举;韩发现影响癌症转移的“开关”蛋白质[N];科技日报;2006年
3 刘云涛;北大蛋白质功能设计研究获新进展[N];中国医药报;2007年
4 钱铮;猫尿为何气味特别冲?含有“好奇心”蛋白质[N];新华每日电讯;2006年
5 钱铮;源自幽门螺杆菌的“CagA”蛋白可致癌[N];医药经济报;2008年
6 张玲;孩子夏季吃肉有讲究[N];大众科技报;2007年
7 高文;喝豆浆有七忌[N];中国中医药报;2006年
8 华雯;哪些食物不能一起食用[N];中国国门时报;2008年
9 中国农业大学食品学院 王旭峰;吃咸鸭蛋能补钙铁[N];健康时报;2006年
10 钱铮;阻止特定蛋白质结合可抑制乳腺癌[N];医药经济报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吕正检;基于计算机模拟、自组装和力谱技术的蛋白质分子间相互作用研究[D];重庆大学;2010年
2 王凯;超分子晶体中分子间相互作用的高压研究[D];吉林大学;2011年
3 耿允;基于噻吩类和萘类材料的电荷传输性能的理论研究[D];东北师范大学;2011年
4 Muhammad Shabbir;利用碱金属(Li→K)及卤素(F→Br)与含硼、氮酸性分子间相互作用调控非线性光学性质的量子化学研究[D];东北师范大学;2010年
5 张士国;生物大分子结构单元——碱基与活性无机小分子作用的理论研究[D];山西大学;2005年
6 刘晓红;甘露寡糖/DC-SIGN及小肽/DNA相互作用研究[D];清华大学;2005年
7 丁博;蛋白质特异性分子相互作用的设计、筛选及应用[D];中国科学技术大学;2010年
8 刘红丽;微小结构差异分子溶液的热力学研究[D];中南大学;2011年
9 张三军;表面等离子体共振及其在探测金表面大分子方面的应用[D];华东师范大学;2008年
10 常乐;蛋白质的折叠与结合机制研究[D];南京大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李晓佩;基于异步正交样品设计的二维异步相关谱在表征分子间相互作用中的应用[D];河北师范大学;2011年
2 胡银;均四嗪类高氮化合物分子间相互作用的理论研究[D];西北大学;2010年
3 李然;若干金属参与分子间相互作用的理论研究[D];烟台大学;2012年
4 卢军明;几种新型分子间弱相互作用的理论研究[D];华东理工大学;2011年
5 黄飞程;CD_8~+T细胞表面受体分析和骨形态蛋白对人乳腺癌细胞的作用及机理研究[D];暨南大学;2010年
6 于淼;癌细胞纳米力学性能测试方法的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 牛顿;液相原子力显微镜悬臂梁动态特性与成像分析[D];中国科学技术大学;2011年
8 张晶;纳米材料表面形貌和粒径的原子力显微镜研究[D];吉林大学;2006年
9 张涛;原子力显微镜在材料和生命科学中的应用研究[D];大连理工大学;2008年
10 谢斌;若干高分子复合纳米材料体系形貌与结构研究[D];吉林大学;2005年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978