蛋白质折叠与聚集的研究

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蛋白质是生命系统中一类重要的生物大分子,它不仅是生物体结构的重要组成物质,而且在生物体内能够执行许多重要的功能。蛋白质特有的空间结构是实现其功能的基础。因而考察蛋白质分子在适宜的环境中如何折叠成特定的功能结构,是分子生物学研究中的核心问题之一。特别是,近年来的研究发现,蛋白质在一定的条件下会发生错误折叠,并最终导致蛋白质分子的聚集,形成淀粉样纤维结构。在生物体内,淀粉样纤维结构的形成经常会导致各种疾病的发生,例如疯牛病、帕金森症等,并且这些疾病通常是可遗传和致命性的。因此,蛋白质折叠的研究不仅在理论上有重要的意义,而且在预防和治疗该种疾病方面有重大的应用前景。本文主要针对蛋白质折叠的热力学和动力学转变和蛋白质的聚集情况进行了系统的研究,主要内容如下: 1) 牛血清白蛋白在pH诱导的不同异构体下去折叠的研究:众所周知,尿素与pH值是在蛋白质折叠研究中经常使用的二种方法,我们使用牛血清白蛋白作为模型蛋白对这两种方法进行了比较,结果表明:在变性过程中,这两种方法所诱导蛋白质的构象变化是完全不同的,该结果暗示,虽然两中方法都能够导致蛋白质的变性,但其变性的机制是完全不同的。同时,在pH值诱导变性的过程中,我们观测到四种异构体态,为了进一步了解pH值对蛋白质去折叠的影响,我们对四种不同异构体进行了尿素和热去折叠的研究。结果展示出:pH值不仅能够改变牛血清白蛋白去折叠的路径,而且能够影响牛血清白蛋白去折叠的协作性。该结果暗示静电相互作用在多域蛋白质的折叠过程中起着重要的作用。 2)牛血清白蛋白在变性态下淀粉样纤维形成过程的研究,到目前为止,了解不同蛋白质或者蛋白质片段自组装成为与淀粉样疾病相关的、有序且不溶的聚集体的路径和前体的特征仍然是一个巨大的挑战,是当前相关研究的热点。我们首先研究了牛血清白蛋白在pH为6的情况下的变性过程,其结果表明,在该pH下,其转变过程是一个两步、三态的转变,即在该过程中存在一个中间体,在此基础上我们通过荧光和CD谱分析了该中间体的特征,其结果表明,该中间体具有一些溶球态的特征。在这些研究的基础上,我们使用。ThT荧光、光散射、傅立叶变换红外光谱和透射电子显微镜研究了该蛋白质在天然态,中间体态和变性态下的淀粉样纤维的形成情况,结果表明:只有该蛋白质的变性态能够形成淀粉样纤维结构。 3)超声诱导溶菌酶淀粉样纤维的形成:目前,超声已经被广泛的应用到了科研和生产当中,但其对生物大分子,特别是蛋白质,结构的影响的研究还比较少。在我们的研究中,我们使用溶菌酶作为模型蛋白,研究了其在不同酸性溶液的环境中,超声诱导淀粉样纤维结构的形成过程,结果表明:在不同的酸性环境下,超声均能够诱导溶菌酶形成淀粉样纤维结构,但是,形成淀粉样纤维的滞后时间不同的。且该滞后时间随着pH的降低而减小。这暗示:超声能够使酸性环境中溶菌酶的稳定性降低,最终诱导淀粉样纤维形成的。此外在该过程中,我们还使用内、外源荧光谱,远、近紫外CD谱,和透射电子显微镜研究了在超声诱导聚集过程中,溶菌酶构象的变化。结果表明:溶菌酶二级和三级结构的变化伴随着整个溶菌酶聚集过程,且这种变化不同于蛋白质的去折叠过程。 4)甘油对溶菌酶折叠的影响:蛋白质的折叠是与其所存在的溶剂环境密切相关的。本文中我们研究了在不同浓度的甘油环境中溶菌酶的平衡和动力学过程。结果表明:溶菌酶的折叠路径与速率受溶剂中甘油浓度的影响。
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