介電常數(shù)及酸性氨基酸對蛋白質中精氨酸-精氨酸二聚體穩(wěn)定性影響的研究.pdf

1、本論文通過對蛋白質數(shù)據庫（PDB）的統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)精氨酸-精氨酸二聚體碳作用距離蛋白質占數(shù)據庫的1/3。這種看似違背常理卻普遍存在的，帶同種正電荷的精氨酸-精氨酸二聚體引起了我們的注意。本文對它們在蛋白質數(shù)據庫中的出現(xiàn)進行了系統(tǒng)的調查和分析，并且對它們穩(wěn)定存在的原因進行了相關計算和研究。
　　1.蛋白質數(shù)據庫（PDB）的統(tǒng)計
　　在PDB數(shù)據庫中，我們選擇分辨率為2.0以及更好的蛋白結構作為研究對象。我們把兩個精氨酸作用距離稱作

2、精氨酸-精氨酸二聚體?？紤]到PDB數(shù)據庫的冗余性，我們使用Dunbrack實驗室的6344條蛋白質鏈的非冗余數(shù)據庫進行了進一步分析，發(fā)現(xiàn)25.2％（1599/6344）的非冗余蛋白質結構中含有一對或者一對以上精氨酸-精氨酸二聚體。說明精氨酸-精氨酸二聚體在蛋白質中普遍存在。在對PDB數(shù)據庫精氨酸-精氨酸二聚體的統(tǒng)計中，我們發(fā)現(xiàn)所有的精氨酸-精氨酸二聚體都位于由不同基團構成的極性環(huán)境中。構成極性環(huán)境的基團有酸性氨基酸、水分子，以及結合位點

3、附近的強極性的、可極化的基團，合位點附近的帶負電的基團，還有與小分子結合的強極性的、可極化的基團，與小分子結合的帶負電的基團。PDB數(shù)據庫統(tǒng)計結果表明，在這些極性環(huán)境中，大部分的精氨酸-精氨酸二聚體是暴露在水溶劑中，與水分子作用的。對PDB數(shù)據庫統(tǒng)計結果進一步分析，發(fā)現(xiàn)68.3%的精氨酸-精氨酸二聚體是通過與酸性氨基酸形成精氨酸-精氨酸-天冬氨酸/谷氨酸三聚體而穩(wěn)定存在的。
　　2.蛋白質介電常數(shù)以及酸性氨基酸對精氨酸-精氨酸二聚

4、體的穩(wěn)定作用
　　我們采用包含色散作用的密度泛函方法（DFT-D）研究蛋白質介電常數(shù)對精氨酸-精氨酸二聚體穩(wěn)定性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當介電常數(shù)增加到46.8（二甲亞砜）時，精氨酸-精氨酸二聚體達到熱力學上穩(wěn)定（約-1kcal/mol）。結構優(yōu)化與能量計算表明，在介電常數(shù)比較小（小于4.8，三氯甲烷）時，精氨酸-精氨酸二聚體傾向于以垂直結構存在（平行構型的兩個精氨酸相互排斥，不能形成精氨酸-精氨酸二聚體）；而當介電常數(shù)增大（大于5.6

5、，二氯乙烷）時，他們傾向于以平行的結構存在（平行構型比垂直構型更穩(wěn)定）。酸性氨基酸對精氨酸-精氨酸二聚體有著強烈的穩(wěn)定作用，在介電常數(shù)從2.0到78.4的范圍內，它使精氨酸-精氨酸二聚體的相互作用能降低到-154到-22 kcal/mol。
　　3.精氨酸-精氨酸二聚體和精氨酸-精氨酸-天冬氨酸/谷氨酸三聚體的能量分解分析
　　在ADF程序中，用PBE方法和DZP基組，分別對精氨酸-精氨酸二聚體和精氨酸-精氨酸-天冬氨酸/谷

6、氨酸三聚體的相互作用能進行分解，發(fā)現(xiàn)對他們起主要穩(wěn)定作用的作用項是不同的。對于精氨酸-精氨酸二聚體來說，主要的穩(wěn)定作用項是溶劑化能，它對精氨酸-精氨酸二聚體吸引作用的貢獻高達90%；對于精氨酸-精氨酸-天冬氨酸/谷氨酸三聚體來說，主要的穩(wěn)定作用項是靜電作用能，它對精氨酸-精氨酸-天冬氨酸/谷氨酸三聚體吸引作用的貢獻有75%。本論文的研究結果有助于理解蛋白質結構中精氨酸-精氨酸二聚體的存在，對精氨酸-精氨酸二聚體在藥物設計中的運用有一定的