蛋白质热稳定性的计算机模拟

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1、中文摘要摘要我们采用并行计算的分子动力学研究了蛋白质的热稳定性，利用蛋白质敲除的技术研究了局部的结构对蛋白质整体结构的热稳定性的影响，另外还通过全电子结构计算来研究蛋白质分子的前线轨道和蛋白质活性和热稳定性的联系。我们的研究工作主要包括三个方面的内容：1．用并行计算分子动力学模拟耐热性邻苯二酚双加氧酶(Tc230)的热稳定性。蛋白质的动力学转变温度的差异，说明了TC230与同源蛋白1MPY相比有较高的热稳定性。通过分析与中子散射谱相关的指数B和定压热容量C．，揭示了蛋白质中的228位的脯氨酸残基、盐桥Lysl88N．Glu2910EI、金属离子和水溶

2、剂对蛋白质热稳定性的影响存在一定的差异，其中突变体Pr0228Ser和Glu291Gly的动力学相变温度分别降低了10℃和19℃，四种金属离子的替换后发现没有显著地影响蛋白质的热稳定性，而水溶剂通过在一定程度上影响蛋白质可能构象的改变过程来改变蛋白质的热稳定性。而所有的结果和已知实验得到的结果有很好的吻合。2．用敲除蛋白质分子的部分片断来研究相应突变体的热稳定性。我们选择的敲除主要有尾部的敲除、无规则卷曲的敲除和a—helix的去除，其中的突变体mutl在尾部切除了从300—319的9个残基，突变体mut2从61-66的无规则卷曲上切除了6个残基，突

3、变体mut3从2卜26的包含有部分a—helix的片段上切除6个残基。研究结果发现在室温或者低于室温的情况下，上面几组片段的敲除并不能显著地影响蛋白质的热稳定性，当温度升高时，c一末端的敲除并未如预料般的严重影响蛋白质的热稳定性，无规则卷曲片段的敲除则严重了蛋白质的热稳定性，而a—helix片段只能在330-430K影响蛋白质的热稳定性，当温度过高，蛋白质的高级结构多数降解时，就很难再进一步影响蛋白质的对热的耐受性。计算结果也进一步说明了蛋白质的复杂性。3．用蛋白质的全电子结构计算研究了前线轨道与蛋白质TC230和突变体P228S的生物活性以及稳定性

4、的联系。分析前线轨道发现，在野生型突变体P228S中出现的活性位点中心的残基及其能级为TRP196—10．63526和一9．98105，而突变体P228S中TYR一262—10．66049和TRP196—9．98779。可以看出在蛋白质的活性中心位点，尽管二者有差距，但能级差距很小。也可能正因为如此，二者在常温下并没有特别明显的酶催化活性的差别。另外在前线轨道里面出现了大量的参与维持蛋白质稳定的盐桥的氨基酸残基，在野生型和突变中文摘要体P228的前线轨道中出现比例为1／6，说明前线轨道的成分，除了酶活性中心位点的一些残基以外，还有大量的形成盐桥的残基

5、。关键词：并行计算分子动力学，蛋白质敲除，酶活性中心，盐桥，定压热容量，动力学相变温度，全电子结构计算，前线轨道英文摘要AbstractThethermostabilityofproteinthermostablecathechol2,3一dixoygenase(TC230、andmutantshasbeenstudiedbytheparallelmoleculardynamicssimulations，fartherthedifferentfragmentsateknockedouttolearnhowthefragmentinfluencethe

6、thermostabilityofTC230，finallythelinkageofactivecenterandtherrnostabilityofproteinTC230andmutantP228SwiththefrontierorbitalenergylevelsusingthemethodoffulIelectrohiecalculation．1．Thethermostabilityofproteinthermostablecathechol2,3一dixoygenase(TC23∽hasbeenstudiedbytheparallelmol

7、eculardynamicssimulations．Byanalysisoftheexponent13whichisrelatedofscatteringspectrumandconstant—pressureheatcapacityq，werevealtherespectivecontributionofaspecificresidue228proline，aspecificsaltbridgeAr9186NHl-GIu2910E2，fourionsanddifferentwaterenvironmenttothethermostabilityof

8、TC230．ThedynamictransitiontemperatureofthemutantsPr022