跨膜螺旋蛋白快速折叠的脉冲升温-时间分辨红外光谱研究

蛋白质折叠的早期动力学研究是一项极富挑战性的基础科学研究。由于受到实验条件的限制，我国在蛋白质折叠的实验研究方面比较薄弱。膜蛋白是一类非常重要的蛋白质，将蛋白质镶嵌在膜脂中进行研究，在一定程度上简化了蛋白质折叠的环境。脉冲升温技术快速引发折叠/开折叠反应，时间分辨红外光谱跟踪蛋白质的动态结构变化。本项目拟开展含有单个螺旋结构的膜蛋白在溶液中、胶束中以及脂类双分子层中快速折叠的脉冲升温-时间分辨红外光谱研究，探寻跨膜螺旋蛋白的折叠/开折叠动力学，比较环境对螺旋结构动态变化的影响，阐明单一的蛋白质二级结构的折叠机理，建立螺旋结构与红外光谱的指认关系。进而将研究扩展到含有多个螺旋结构的膜蛋白。这一研究有助于人们理解膜蛋白的早期折叠动力学过程，对于设计和研究治疗由于蛋白质错误折叠引发的疾病具有重要的指导意义，为膜蛋白作为药物靶子的作用机理提供重要的实验依据。

膜蛋白是细胞功能的重要承担者，高分辨的膜蛋白的结构解析仍然存在一定困难。红外光谱可以在生理条件下得到膜蛋白结构的重要信息。蛋白质和脂类在红外光谱中都有振动模式，不同的脂类结构对蛋白质的光谱有影响，也可以通过红外光谱进行研究。.本项目采用脉冲升温技术作为快速引发膜蛋白的折叠开折叠的手段，通过脉冲加热的方式，使系统在几十个皮秒之内迅速升温。用时间分辨红外光谱技术跟踪膜蛋白的动力学过程。螺旋结构是蛋白质基本的二级结构单元，蛋白质单一的二级结构的折叠动力学对于理解整个蛋白质折叠的过程非常重要。虽然已有大量的研究，但是对于折叠的途径还不是很清楚。本项目首先研究含有单个螺旋结构的膜蛋白，进而将研究扩展至含有多个螺旋结构的膜蛋白。本项目主要完成的工作有：1）时间分辨中红外光谱系统的优化。整套系统在本单位已经能够正常运行，信噪比基本满足实验要求。但是由于本单位地处钱塘江边的滩涂地，实验楼地基不太结实，又处在高速公路附近，噪声和抖动给实验带来了很大的困难，时间分辨红外光谱测试无法正常进行。2）设计了一种空芯光子晶体光纤与密封腔组合式1.9μm波长转换器。该技术已申请了实用新型专利和发明专利，实用新型专利已授权，发明专利正在实质审查中。3）研究了亮绿与阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠的褪色反应。吸收光谱和荧光光谱表明，亮绿在阴离子表面活性剂溶液中有两种结构，一种是亮绿阳离子结构，在625nm有较强的吸收，另一种是醇结构，在428nm有较弱的吸收。4）固体蛋白样品奶粉的变温红外光谱研究。奶粉中的蛋白质含有α-螺旋、β-折叠和β-转角3种二级结构，不同温度下各二级结构的含量有明显变化。5）金属Pd(Ⅱ)与牛血清白蛋白（BSA）相互作用的荧光光谱研究，结果表明BSA的荧光主要来源于色氨酸（Trp）残基，并推测Pd(Ⅱ)与BSA结合作用的位置在第212位Trp残基上。Pd(Ⅱ)对BSA的荧光猝灭属于静态猝灭。6）含有单个螺旋的蛋白在水中、表面活性剂中和脂类双分子层中的光谱研究。这部分工作还未全部完成，需要时间进一步研究。.本项目有在前期研究工作基础上，瞄准国际上将膜蛋白作为药物靶子的研究发展趋势，紧跟生命科学发展的前沿，具有重要的科学意义和现实意义。