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LEA蛋白特征重复片段对POPE生物膜的干燥保护活性研究

翟振  
【摘要】:生物材料的长期保存是一个研究热点。人们希望生物材料在经过低温干燥后能够在常温下长期保存。但是对生物材料直接进行简单地低温干燥,会造成生物膜结构的损伤,导致生物活性的降低甚至丧失,那么添加适量且恰当的保护剂就成为提高生物材料生物活性的关键。试验证明LEA蛋白是一种天然优良的干燥保护剂,但其确切的保护机理尚不十分明确,难以应用。因此,本文旨在研究LEA蛋白特征重复片段(LEA-motifs)对生物膜结构的干燥保护作用。本论文通过分子动力学模拟和加速实验的方法,利用Gromacs 4.5.5模拟软件和Gromos 53A6分子力场模拟了POPE生物膜在不同环境中的干燥过程。具体内容如下:首先,对POPE生物膜在纯水溶液中的干燥过程进行了模拟,过程表明干燥过程中POPE生物膜的整体结构在干燥过程中被明显破坏,其极性头部发生聚集,非极性侧链极度混乱,从微观角度直接了解了干燥对生物膜结构造成的损伤。其次,对POPE生物膜在添加LEA-motifs和LEA蛋白普通片段(control peptides)的干燥过程进行模拟,结果表明添加两种LEA蛋白的片段均能在一定程度上维持POPE生物膜的正常结构,降低磷脂分子的侧向扩散系数,维持疏水性侧链的有序性,但是添加LEA-motifs的体系更加明显,也就是说LEA-motifs的保护效果更佳,因为在干燥过程中LEA-motifs能够形成明显的α-螺旋结构并且附在POPE生物膜的表面,与磷脂分子的极性头部基团形成明显的氢键,同时增强了疏水性侧链的疏水相互左右,使POPE生物膜能够基本上维持正常的结构。进一步,分别添加了12、24、48个LEA-motifs以确定合适的LEA-motifs添加量,结果表明添加24个LEA-motifs时在水分含量极低的情况下便能够有效地稳定POPE生物膜的整体结构,降低磷脂分子的侧向扩散系数,维持疏水性侧链的有序性,所以对于所构建的POPE生物膜体系添加24个LEA-motifs便能起到比较好的保护作用,这为实验提供了指导。综上所述,通过对比分析干燥过程中各种不同体系在POPE生物膜结构、扩散系数、侧链有序性、分子间氢键数目的变化,从微观角度揭示了POPE生物膜因干燥失水导致氢键相互左右与疏水相互左右的减弱而导致结构的变化,添加LEA-motifs后会与POPE生物膜的极性头部形成较强氢键,并且在干燥的情况下增强了POPE生物膜疏水性尾部的疏水相互作用,整体稳定了POPE生物膜的双分子层结构,同时确定了对于所构建POPE生物膜体系的LEA-motifs的最佳添加量为24个LEA-motifs,为LEA蛋白的实际应用提供了理论指导。


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