变性剂和渗透溶质对蛋白质热力学和动力学性质的影响

合理地考虑变性剂和渗透溶质对蛋白质的作用，通过计算模拟的方法，研究变性剂和渗透溶质对蛋白质热力学和动力学性质的影响。主要包括：将分子转移模型应用到一至两个蛋白质，结合简化模型，通过计算模拟研究变性剂对蛋白质热力学和动力学性质的影响，同时进一步确定分子转移模型的有效性；研究去折叠态的结构特征以及去折叠态和蛋白质热力学性质、动力学过程之间的联系；研究点突变对蛋白质性质的影响;研究渗透溶质对蛋白质折叠、去折叠过程的作用。从分子层面上理解蛋白质在变性剂和渗透溶质溶液中的折叠、去折叠动力学以及蛋白质和变性剂、渗透溶质的相互作用机制。

蛋白质构象对溶剂环境的响应与一系列生物过程密切相关，不同的溶剂环境导致蛋白质构象变化的分子机制却仍很不清楚。其中一个很重要的研究内容就是蛋白质在变性剂或者其他渗透溶质溶液中的折叠、去折叠动力学过程。本项目利用简化模型和分子转移模型（MTM）相结合的分子动力学模拟来研究变性剂和渗透溶质对蛋白质热力学和动力学性质的影响。项目按照计划执行, 基本完成项目的计划任务, 实现了预期目标。简要概括如下：1）绿色荧光蛋白（GFP）在细胞生物学和生物技术中被广泛地用作标记因子，我们研究了GFP的折叠能量面。我们得到了许多可以由实验检验的预测表明MTM是可以用来模拟变性剂对大尺寸蛋白质折叠过程的影响的一个很实用的方法。该项工作得到ACS旗下的媒体Chemical & Engineering News的报道；2）我们之前的工作表明MTM通过将实验数据和蛋白质的分子模型相结合可以用来很好的表征变性剂和渗透溶质对不同尺寸蛋白质的作用，因此我们有必要阐述它的理论基础。MTM是一个类似于平均场的模型，它以隐性的方式考虑了变性剂和渗透溶质导致的多体相互作用。MTM和粗粒化含侧链的自组织聚合物（SOP-SC）模型相结合，可以用来模拟随温度和盐酸胍浓度变化的SH3的折叠过程，更重要的是这里所使用的理论和模型也适用于对其他蛋白质折叠的研究；3）在很多细胞连接相关的蛋白质中发现的PDZ是一类调节蛋白质-蛋白质相互作用并且在分子识别中至关重要的球形蛋白质，我们研究了PDZ家族中的PDZ2和PDZ3的折叠，对PDZ2的研究表明它的折叠机制贯通了相应的成核-凝结机制和框架机制，支持了蛋白质统一折叠机制的存在，对PDZ3的研究中最重要的结果是它的lnkobs随盐酸胍浓度变化的曲线呈现V型，同时我们从分子层面上形象地刻画了依赖于变性剂的折叠轨道的多样性；4）此外，我们还研究了转录因子RfaH的折叠和变构机制。