鈣離子與跨膜蛋白TMEM16A通道靜電結(jié)合機(jī)制的研究.pdf

1、鈣離子是生命體中最基本的第二信使之一，它幾乎影響著生命活動的所有過程，鈣離子與鈣結(jié)合蛋白（CaBPs）主要通過靜電相互作用結(jié)合，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞的生理活動，對兩者通過靜電作用結(jié)合的分子機(jī)制的研究成為生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)等多學(xué)科交叉的熱點(diǎn)問題。
　　跨膜蛋白TMEM16A作為鈣激活氯離子通道CaCCs的分子基礎(chǔ)，其門控過程具有電壓和鈣離子雙重依賴性，對于它與鈣離子結(jié)合機(jī)制的研究有助于人們理解CaCCs通道鈣依賴性門控的分子機(jī)制。然而，由

2、于TMEM16A通道內(nèi)部并沒有如EF-hand似的已知鈣離子結(jié)合結(jié)構(gòu)域，也不能采用同源模建的方法構(gòu)建三維結(jié)構(gòu)；而且對一個(gè)由1000多個(gè)氨基酸組成的蛋白，采用丙氨酸掃描的方法確定鈣離子結(jié)合位點(diǎn)的更是一個(gè)難以實(shí)現(xiàn)的過程，以上諸多困難使得該研究成為一個(gè)懸而未決的問題。
　　本文以鈣離子與不同CaBPs結(jié)合機(jī)制的研究為切入點(diǎn)，采用分子模擬、分子生物學(xué)、電生理學(xué)三者并重、有機(jī)結(jié)合的方法，對鈣離子通過靜電相互作用與TMEM16A通道結(jié)合的分子

3、機(jī)制進(jìn)行了探索，取得了一些有益的結(jié)果：
　　一、首次采用分段同源模建和分子動力學(xué)模擬相結(jié)合方法理論預(yù)測鈣離子結(jié)合位點(diǎn)。數(shù)據(jù)結(jié)果表明該方法用于對有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的CaBPs中鈣離子結(jié)合位點(diǎn)預(yù)測時(shí)成功率為70％～80%，對沒有結(jié)晶結(jié)構(gòu)的膜蛋白如BK通道和TMEM16A通道中鈣離子結(jié)合位點(diǎn)預(yù)測的結(jié)果得到了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的支持，說明該方法用于CaBPs中未知結(jié)合位點(diǎn)的預(yù)測具有可行性與可靠性。與其他預(yù)測方法相比，本方法的優(yōu)勢在于可用于對既沒有典型鈣結(jié)合

4、位點(diǎn)也沒有晶體結(jié)構(gòu)的CaBPs進(jìn)行功能位點(diǎn)的理論預(yù)測。
　　二、首次應(yīng)用理論預(yù)測和定點(diǎn)突變及膜片鉗實(shí)驗(yàn)三者相結(jié)合的方法對TMEM16A通道中的鈣離子結(jié)合位點(diǎn)進(jìn)行探討，并明確指出鈣離子結(jié)合位點(diǎn)由D439，E444，E447等三個(gè)氨基酸共同構(gòu)成，E447是目前發(fā)現(xiàn)對鈣離子表觀親和力影響最大的氨基酸。
　　三、從靜電相互作用和能量的角度，成功解釋了鈣離子與TMEM16A通道中形成結(jié)合位點(diǎn)的三個(gè)氨基酸對鈣離子結(jié)合的不同貢獻(xiàn)。數(shù)據(jù)表明