SDS调控球状蛋白α-螺旋与聚集作用双重行为机制及基于SAXS核壳结构模型研究

The research of dual behavior of the α-helix structure and aggregation of protein regulated by sodium dodecyl sulfate (SDS) and construction of complex's model is important for better understanding the process and mechanism of unfolding and refolding of protein, and also for the technology of surfactant-assisted renaturation of protein. In this project, we target SDS and globular protein, on the one hand, investigate the conformational transition of protein and changes of complexes' structure induced by different forms of SDS molecules (monomer and micelle), and its influence rule for the thermodynamics behavior, interface property and absorption model of system. Constructing the conformational energy relationship for matching of the intermolecular force, α-helix of protein and forms of complexes. Clarifying the driving force and induced orientation of the SDS-regulated unfolding and refolding of protein. On the other hand, defining the regulating mechanism of synergy of polarity and electronegativity of SDS and protein for aggregation and media factors, and investigating the mutual regulating rule between the component of aggregate and distribution of micelles, and revealing the key links of bilateral transformation between monomer complex and aggregate. Develop a model that molten globule state protein decorated micelle like core-shell structure for monomer complex and aggregate based on SAXS., and define the structural properties of monomeric complex and aggregate. The proposed project aims at improving the theoretical framework of mechanism of SDS-regulated dual behavior of α-helix and aggregation of protein, and providing the scientific evidence for the technology of surfactant-assisted renaturation of protein.

十二烷基硫酸钠（SDS）调控蛋白α-螺旋及聚集作用双重行为机制的研究以及复合物模型的构建对于更好理解蛋白质去折叠与重折叠过程及其机理、发展表面活性剂辅助蛋白质复性技术具有重要意义。本项目以SDS和球状蛋白为对象，一方面研究不同形态SDS（单分子及胶团）诱导蛋白质构象转变及复合物结构变化对体系热力学行为、界面特性及吸附模型的影响规律；建立分子间作用力与蛋白α-螺旋、复合物形态结构匹配性的能量构象关联，阐明SDS调控蛋白质去折叠及复性的驱动力和诱导取向；另一方面明确SDS与蛋白极性和电负性协同效应对聚集作用调节机制及介导因素，研究聚集体构成与胶团分布互控规律，揭示单体复合物与聚集体间双向转变的关键环节；基于SAXS构建熔融中间态蛋白修饰的类胶团核壳理论模型，明确复合物单体和聚集体的结构特征；旨在完善SDS调控蛋白α-螺旋及聚集作用双重行为机制理论框架，为表面活性剂辅助蛋白复性技术提供科学依据。

十二烷基硫酸钠（SDS）调控蛋白质α-螺旋结构以及聚集/纤维化行为机制尚未统一和完善，复合物结构模型尚不清楚。本课题以阴离子（SDS）、阳离子（CTAB）及非离子表面活性剂（吐温）和典型内在结构无序蛋白（IDP）-酪蛋白和β-酪蛋白为研究对象，结合量热学、光谱、SAXS、MD和电子显微等技术手段，较为系统地研究了表面活性剂与蛋白质间的相互作用及复合物结构模型，结果如下：. 1. SDS诱导酪蛋白胶束分解直径为100nm的颗粒，SDS阴离子基团与β-酪蛋白正电荷区域以静电作用结合，烷基链以疏水作用缠绕β-酪蛋白结构无序区域，SDS在≥CMC浓度存在条件下，稳定和增强β-酪蛋白的α-螺旋结构，切断了酪蛋白间的异质或同质自组装作用。复合物具有核壳-链珠型结构并在温度20-70℃变化条件下表现稳定性。. 2.溴化铵表面活性剂碳链的增长对酪蛋白的分解作用增强，对αs1-酪蛋白的稳定作用增强，蛋白质的回转半径Rg，RMSD，RMSF逐渐降低，复合物模型为链珠型，烷基链结合蛋白结构无序区域，离子基团向外产生静电斥力，增强复合物稳定性。酪蛋白胶束由直径为10-20nm的不规则颗粒组成，颗粒间隙为~20nm。. 3. 吐温20诱导酪蛋白胶束分解为稳定的小尺寸颗粒，吐温80存在条件下，由于烷基链疏水基团空间位阻较大，与酪蛋白结合后进入结合位点分子较少，无法缠绕蛋白质结构无序区域，酪蛋白发生聚集效应，形成复合物形成直径为500nm的海绵状复合物。吐温与酪蛋白形成的复合物由直径为20nm的亚结构单元组成。. 本课题完善了表面活性剂诱导蛋白质稳定结构及聚集作用的双重效应及复合物结构模型的理论框架，为研究表面活性剂辅助蛋白复性、蛋白质去折叠及重折叠特性，以及酪蛋白胶束亚结构特征等提供科学依据。项目资助发表SCI论文4篇，待发表1篇，申请专利3项，获得软件著作权1项，入选湖北省楚天学者计划-楚天学子岗位。项目投入经费20万元，支出8.6014万元，剩余11.3986万元计划用于本课题研究后续支出。