介電常數(shù)及酸性氨基酸對(duì)蛋白質(zhì)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(duì)蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫（PDB）的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)精氨酸-精氨酸二聚體碳作用距離蛋白質(zhì)占數(shù)據(jù)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(duì)它們?cè)诘鞍踪|(zhì)數(shù)據(jù)庫中的出現(xiàn)進(jìn)行了系統(tǒng)的調(diào)查和分析，并且對(duì)它們穩(wěn)定存在的原因進(jìn)行了相關(guān)計(jì)算和研究。
　　1.蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫（PDB）的統(tǒng)計(jì)
　　在PDB數(shù)據(jù)庫中，我們選擇分辨率為2.0以及更好的蛋白結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象。我們把兩個(gè)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(jù)庫的冗余性，我們使用Dunbrack實(shí)驗(yàn)室的6344條蛋白質(zhì)鏈的非冗余數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)25.2％（1599/6344）的非冗余蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中含有一對(duì)或者一對(duì)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(zhì)中普遍存在。在對(duì)PDB數(shù)據(jù)庫精氨酸-精氨酸二聚體的統(tǒng)計(jì)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(tuán)構(gòu)成的極性環(huán)境中。構(gòu)成極性環(huán)境的基團(tuán)有酸性氨基酸、水分子，以及結(jié)合位點(diǎn)

3、附近的強(qiáng)極性的、可極化的基團(tuán)，合位點(diǎn)附近的帶負(fù)電的基團(tuán)，還有與小分子結(jié)合的強(qiáng)極性的、可極化的基團(tuán)，與小分子結(jié)合的帶負(fù)電的基團(tuán)。PDB數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計(jì)結(jié)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(duì)PDB數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)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(zhì)介電常數(shù)以及酸性氨基酸對(duì)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(zhì)介電常數(shù)對(duì)精氨酸-精氨酸二聚體穩(wěn)定性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)介電常數(shù)增加到46.8（二甲亞砜）時(shí)，精氨酸-精氨酸二聚體達(dá)到熱力學(xué)上穩(wěn)定（約-1kcal/mol）。結(jié)構(gòu)優(yōu)化與能量計(jì)算表明，在介電常數(shù)比較?。ㄐ∮?.8，三氯甲烷）時(shí)，精氨酸-精氨酸二聚體傾向于以垂直結(jié)構(gòu)存在（平行構(gòu)型的兩個(gè)精氨酸相互排斥，不能形成精氨酸-精氨酸二聚體）；而當(dāng)介電常數(shù)增大（大于5.6

5、，二氯乙烷）時(shí)，他們傾向于以平行的結(jié)構(gòu)存在（平行構(gòu)型比垂直構(gòu)型更穩(wěn)定）。酸性氨基酸對(duì)精氨酸-精氨酸二聚體有著強(qiáng)烈的穩(wěn)定作用，在介電常數(shù)從2.0到78.4的范圍內(nèi)，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(duì)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(jìn)行分解，發(fā)現(xiàn)對(duì)他們起主要穩(wěn)定作用的作用項(xiàng)是不同的。對(duì)于精氨酸-精氨酸二聚體來說，主要的穩(wěn)定作用項(xiàng)是溶劑化能，它對(duì)精氨酸-精氨酸二聚體吸引作用的貢獻(xiàn)高達(dá)90%；對(duì)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(xiàng)是靜電作用能，它對(duì)精氨酸-精氨酸-天冬氨酸/谷氨酸三聚體吸引作用的貢獻(xiàn)有75%。本論文的研究結(jié)果有助于理解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中精氨酸-精氨酸二聚體的存在，對(duì)精氨酸-精氨酸二聚體在藥物設(shè)計(jì)中的運(yùn)用有一定的