不同氨基酸的構(gòu)象能級圖及其側(cè)鏈的位阻和誘導(dǎo)效應(yīng)對模型短肽構(gòu)象的影響.pdf

1、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)就是其氨基酸序列，作為生命信息的表達(dá)載體，蛋白質(zhì)需要由簡單的鏈狀一級結(jié)構(gòu)折疊成復(fù)雜的三維立體空間結(jié)構(gòu)，才能發(fā)揮其特定的生物功能。雖然目前蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫中關(guān)于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的信息非常豐富，但是仍沒有可靠的方法能對蛋白質(zhì)的折疊過程進(jìn)行預(yù)測。作為“21世紀(jì)生物物理學(xué)”的重要課題，研究蛋白質(zhì)折疊機(jī)制在理論和實際上都具有至關(guān)重要的意義。
　　在生物體內(nèi)中，天然蛋白質(zhì)折疊所形成的三維結(jié)構(gòu)往往是其熱力學(xué)最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，這是蛋白質(zhì)發(fā)揮其生

2、物功能的基礎(chǔ)。從熱力學(xué)角度出發(fā)，蛋白質(zhì)分子在溶液中主要以兩種動態(tài)構(gòu)象存在：起始態(tài)（去折疊態(tài)）與終止態(tài)（折疊態(tài)），這兩種動態(tài)構(gòu)象之間的相互轉(zhuǎn)化是一個可逆的過程。為了更清楚地了解蛋白質(zhì)的折疊進(jìn)程，必須從蛋白質(zhì)去折疊狀態(tài)開始研究。在模型短肽中，由于缺少使其折疊成完整二級結(jié)構(gòu)所必須的遠(yuǎn)程相互作用力，人們可以在天然狀態(tài)下去研究蛋白分子的去折疊態(tài)構(gòu)象。目前，越來越多的實驗結(jié)論表明水溶液中多肽在去折疊狀態(tài)下是以PII（Polyproline II螺旋

3、）為主的構(gòu)象存在，這種構(gòu)象的二面角（φ，ψ）主要集中在（-75°，+145°）附近。影響蛋白質(zhì)去折疊態(tài)PII構(gòu)象的主要因素包含溶劑化作用、末端效應(yīng)、超共軛效應(yīng)、主側(cè)鏈相互作用等。
　　為了探討蛋白質(zhì)在去折疊狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)成因，我們設(shè)計并合成了一系列模型短肽，以核磁共振光譜（NMR）和圓二色譜（CD）作為主要測試手段，研究了各系列模型短肽的主要構(gòu)象，希望基于不同模型短肽中構(gòu)象的差異進(jìn)行分析得到影響 PII構(gòu)象穩(wěn)定性的主要因素。本論文分

4、為以下四個部分：
　　第一章對蛋白質(zhì)在去折疊狀態(tài)下的構(gòu)象研究作簡要概述，指出PII構(gòu)象為去折疊態(tài)蛋白分子的主要構(gòu)象，同時介紹文獻(xiàn)中通過不同手段測試不同模型短肽所得到的構(gòu)象分布結(jié)果，從而概括出可能影響PII構(gòu)象穩(wěn)定性的一些因素，最后提出本文的研究目的及內(nèi)容。
　　第二章研究兩組模型短肽AcGXPNH2和AcGXGNH2（X≠Pro，Gly），利用CD和NMR技術(shù)對模型短肽進(jìn)行測試，得到AcGXGNH2存在于水溶液中的三種構(gòu)象分

5、布的比例，將18種氨基酸的數(shù)據(jù)平均化后可知PII構(gòu)象占44.7％，β構(gòu)象占44.5%，α構(gòu)象占10.8%。發(fā)現(xiàn)不同氨基酸α構(gòu)象的含量決定著α-螺旋成核的傾向性；對于β構(gòu)象，則發(fā)現(xiàn)其含量與形成β-折疊結(jié)構(gòu)的傾向性有著合理的相關(guān)。同時我們還在AcGNPNH2, AcGTPNH2和 AcGDPNH2(pH=2和6)中檢測到了轉(zhuǎn)角構(gòu)象（turn structures）。基于模型短肽AcGXGNH2中X殘基的三種構(gòu)象的含量，我們可依此建立其構(gòu)象能

6、級圖。
　　第三章通過對兩組模型短肽 AcGXPNH2和 AcLXPNH2（X≠Pro，Gly）進(jìn)行氫氘交換NMR測試，發(fā)現(xiàn)在水溶液中，模型短肽AcGXPNH2和AcLXPNH2中氨基酸X側(cè)鏈基團(tuán)的阻礙作用與X形成PII構(gòu)象的傾向性反相關(guān)，即氨基酸X側(cè)鏈基團(tuán)阻礙水分子與肽鍵結(jié)合的程度越強(qiáng)，殘基X形成PII構(gòu)象的傾向性越弱。在CD3CN中，模型短肽AcLXPNH2中Leu形成PII構(gòu)象的傾向性與右側(cè)鄰位殘基X側(cè)鏈基團(tuán)的電子誘導(dǎo)效應(yīng)正

7、相關(guān)。殘基X的電子誘導(dǎo)效應(yīng)越強(qiáng)，Leu形成PII構(gòu)象的傾向性也越強(qiáng)，這是電子誘導(dǎo)效應(yīng)通過改變 n-π*相互作用造成的結(jié)果。如果在水溶液中同時考慮 X側(cè)鏈基團(tuán)的空間位阻與電子誘導(dǎo)效應(yīng)，那么在模型短肽AcGXPNH2和AcLXPNH2中殘基 X形成 PII構(gòu)象傾向性會同時受到兩種效應(yīng)的影響，其中電子誘導(dǎo)效有更多的貢獻(xiàn)作用；對于AcLXPNH2中的殘基Leu，其形成PII構(gòu)象的傾向性與殘基X的空間位阻效應(yīng)有關(guān)，X的電子誘導(dǎo)效應(yīng)可以忽略不計。<

8、br>　　第四章通過對模型短肽AcX1LX2PNH2進(jìn)行CD與NMR測試，發(fā)現(xiàn)在有機(jī)溶劑中，對于模型短肽AcX1LX2PNH2和AcX1LX2ANH2，它們的中心殘基Leu均同時受到兩邊鄰位殘基X1和 X2電子誘導(dǎo)效應(yīng)的影響，當(dāng)X1與 X2側(cè)鏈基團(tuán)表現(xiàn)出較強(qiáng)電子誘導(dǎo)效應(yīng)時，中心殘基Leu形成PII構(gòu)象的傾向性也較強(qiáng)。在AcX1LX2ANH2模型短肽中也發(fā)現(xiàn)了相同的規(guī)律性，說明Pro對模型短肽構(gòu)象的干擾不會影響到X1或X2對Leu的作用。