底物结合所诱导的蛋白酶K分子运动

论文摘要

鉴于丝氨酸蛋白酶蛋白酶K（serine protease proteinase K）在工业、农业、以及生物技术领域的重要性,科学家们应用实验手段,如X射线晶体衍射技术、定点诱变以及酶动力学参数测定等方法对其结构和功能进行了广泛研究。然而,有关酶催化过程中的动力学机制,如底物的结合、定位与释放,以及这些动态过程是如何调节的,相关研究仍属空白。我们分别对没有底物结合的蛋白酶K（free proteinase K）和结合了肽底物AAPA的蛋白酶K（substrate-bound proteinase K）进行长时间分子动力学模拟（molecular dynamics simulation,简称MD）,以研究底物结合对蛋白酶K的动力学行为和分子运动特征的影响。结果显示,在动力学模拟过程中,与底物结合的蛋白酶K比没有底物结合的蛋白酶K具有更加致密稳定的构象。进一步的本质动力学（essential dynamics）分析显示,蛋白酶K中主要运动模式被局限在一个低维度的构象空间内。尽管蛋白酶K与肽底物结合后其整体构象柔性缩减,但是在底物结合区域仍能够观察到显著的结构波动；同时,在底物结合口袋相反的结构区域内也观察到了明显的构象变化。本论文详细研究了前4个本征向量所描述的全局大尺度分子运动模式,并将这些大尺度的协同运动所导致的底物结合口袋动力学行为与底物的识别、结合、定位以及产物的释放相关联,发现底物结合口袋区域运动模式可以调整酶与底物之间的动态相互作用。本论文的分子动力学模拟研究结果补充了前人的生物化学和结构生物学研究结果,从分子运动和蛋白质动力学角度阐释了蛋白酶K的催化机制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 研究背景
• 1.1 丝氨酸蛋白酶蛋白酶K概述
• 1.2 丝氨酸蛋白酶蛋白酶K的结构
• 1.3 研究目的与意义
• 第二章 材料与方法
• 2.1 结构的准备
• 2.2 分子动力学模拟
• 2.3 分析技术
• 第三章 结果
• 3.1 确定动力学模拟过程中的平衡波动
• 3.2 结构性质比较
• 3.3 本质动力学
• 3.4 底物结合所引起的分子运动变化
• 3.5 底物结合所引起的蛋白质动力学/构象柔性变化
• 3.6 动态口袋
• 第四章 讨论
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在读期间科研成果
• 致谢