一种具有规则β-螺旋的防冻蛋白二聚体的理论研究.ppt

一种具有规则β-螺旋的防冻蛋白二聚体的理论研究 北京师范大学化学系 陈光炬 杨作银 刘若庄 防冻蛋白的研究现状 Thermal hystersis proteins (THP) Antifreeze proteins (AFP) (AFPs in fish)依大小与结构，四类 Type 1 3.3-4.5 kDa, α-helical, 富含Ala残基， ThrX2AsxX7, 线形 Type 2 ,3 6-14 kDa, 球形， 无重复的序列 对于2，富含S-桥键 Type 4, 12kDa, 富含Gln, Glu残基，多条长度相当的α-螺旋形成的螺旋束 昆虫体内的防冻蛋白 1 结构-功能表达，冰-蚀实验 △T=T(Fp)-T(Mp), △T(insect)5oC; △T(fish)~0.9oC 2 CD检测， 手性与构象 3 低温NMR，检测某些极性基团的位置变化 4 X-ray, 获得蛋白晶体数据 5 计算模拟，揭示抗冻机理 6 量子化学计算，结合部位的轨道重叠与电子运动 三条假设机理： 1：识别-结合假设 冰中的氧原子与蛋白可形成H-键基团的位置匹配 Thr, Asp, Asn. 2：蛋白的憎水性部分在冰-水界面间聚集。 3：蛋白分子先在冰-水界面间聚集，然后蛋白-冰结合。 “Is ice more hydrophobic than water?” 共同点：不限制冰的生成，但抑制冰晶的生长。 研究对象 计算方法 1. 模型设计 以X-ray数据为基础，绕长轴旋转选取不同聚集面。 10种计算模型。（取样） 2. 添加溶剂水 TIP3P， 2300个水分子 计8954个原子的体系。 3. 使用AMBER94力场优化。 4. 分子动态模拟（273K，80ps左右） 5. 重复3，4 （对最低能量者长动态模拟） 6. 分子力学方法计算体系及蛋白二聚体的能量和蛋白-蛋白、蛋白-水溶剂间的相互作用力。 7. AM1方法计算不同聚集面的蛋白二聚体的单点能。 计算结果 Interaction energy between monomer1 and monomer2 Model 1 与单晶叠加 the green-模拟结果 接触表面积 表面憎水性的相对强弱 β- sheet面，6.63 β面的对面，4.82 侧面1，4.65 侧面2， 4.25 结论 1. 溶剂化体系的总能量，溶剂化效应的结果以及蛋白单体以不同聚集面二聚形成二聚体的能量都表明聚集区包含β面时更有利。 2. 聚集区包含两个β面时的相互作用力最大。 3. 蛋白单体以β面彼此靠近，可获得最大的接触表面积。 4. β面有相对较大的憎水性，以β面为聚集区有利于体系的熵效应。 5. 考虑到蛋白β面上相邻Thr中羟基O的距离（7.83×4.52） 与冰面中O的距离（7.35 ×4.52）匹配，可以推断，蛋白二聚体β面间的作用与蛋白-冰作用相似。 谢谢！ * * No. Total energies of calculated systems Interaction energies between TmAFPs and water ΔEintera) ΔEVDW ΔEelectrostatics 1 -49872.4 -6563.6 -214.1 -6349.5 2 -46343.6 -5651.9 -120.5 -5531.4 3 -46111.4 -5347.2 -150.2 -5197.0 4 -47670.4 -6075.0 -210.2 -5864.8 5 -46133.3 -5191.8 -201.4 -4990.4 6 -46178.6 -5425.6 -182.2 -5243.4 7 -46196.5 -5200.8 -191.7 -5009.1 8 -45890.8 -4834.4 -219.4 -4614.9 9 -46149.8 -5255.7 -151.9 -5103.8 10 -44354.3 -5403.9 -153.9 -5250.0 No. MM ?E(MM) QM ?E(QM) 1 -3319.8 0 -7195.3 0 2 -2793.8 526.0 -7051.5 143.8 3 -2877. 8 442.0 -7042.5 152.8 4 -2