几种蛋白质的凝血和电催化性质的分子模拟

论文摘要

蛋白质是生命活动的具体承担者,一切重要的生命活动都离不开蛋白质。其生物功能不仅取决于其氨基酸序列,而且还依赖其三维结构,即蛋白质的空间构象。越来越多的研究表明,细胞分泌、免疫应答、循环调控均直接依赖于蛋白质的天然构型,因此蛋白质的构象变化通常是其行使功能的先决条件。随着现代社会的进步和医学技术的发展,抗凝血材料和电催化性质的研究已经成为了两大热点方向。因此,本文中我们利用分子模拟的方法,在分子水平上研究了外界条件对蛋白质空间构象和功能的影响,以期揭示它们的分子机理,对实验工作提供理论指导。主要内容可以分为四个部分：1.研究了聚合物表面上亲/疏水性对纤维蛋白原（HFG）吸附的影响。在真空和水溶液环境中,分别将-Asp-Ser-Glu-Asp-Glu-（HFG）分子吸附在三种亲疏水性不同的自组装聚合物表面上。结果表明：随着疏水性的增强,吸附逐渐变弱。因此,疏水性聚合物材料显示出更好的抗凝血性能。另外,水介作用导致纤维蛋白原在表面上的排斥,对提高材料的抗凝血性能起到了重要的作用。2.研究了凝血因子Ⅷa和Ⅸa间的相互作用。将FⅧa和FⅨa蛋白进行对接,选出FVIIIa-FIXa复合物的最优构型。通过对结合界面的分析,我们发现了一些实验中未得出的结合区域和重要的氨基酸残基,如LYS1818、ASN297、LYS1693、ASP332等。它们将两个蛋白通过氢键和静电力结合在一起。这些结果有助于更好地理解凝血因子在凝血过程中的作用。3.研究了葡萄糖氧化酶（GOx）构象与其电催化活性的关系。以GOx作为模型蛋白,用分子动力学模拟（MD）和密度泛函计算相结合的方法在分子和电子层次上来解释温度对该酶的催化活性的影响。结果表明,温度大大地改变了活性中心黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）分子与周围氨基酸（例如GLY106、SER107等）形成氢键的强度和种类,引起了FAD分子内电荷转移和构型的改变,不利于对葡萄糖的催化氧化,进而导致其催化活性降低。4.研究了肌红蛋白（Mb）构象与其直接电子转移特性间的关系。分别将Mb在pH=3、7和11时进行了分子动力学模拟,研究pH值与Mb的直接电子转移能力间的关系。结果表明,同pH=7相比,在pH=3时,氧化还原中心HEME分子已经完全裸露在蛋白外部；在pH=11时,从HEME分子顶端处测量的蛋白的最大厚度由50.77A变成了31.41A,这都会导致其直接电子转移能力变强。因此,中性环境中Mb的直接电子转移能力比较弱,而在强酸、强碱的环境中其直接电子转移能力比较强。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 （抗）凝血机理的研究
• 1.1.1 引发凝血的机理
• 1.1.1.1 内源性凝血途径
• 1.1.1.2 外源性凝血途径
• 1.1.1.3 凝血共同途径
• 1.1.2 抗凝血理论的发展
• 1.1.3 蛋白质的吸附
• 1.1.3.1 蛋白质吸附的原理
• 1.1.3.2 影响蛋白质吸附的因素
• 1.1.4 分子模拟在蛋白吸附中的应用
• 1.2 电催化性质的研究
• 1.2.1 蛋白质的电化学研究的意义及其现状
• 1.2.2 蛋白质的折叠/去折叠
• 1.2.2.1 蛋白质折叠/去折叠研究的概述和意义
• 1.2.2.2 影响蛋白质折叠/去折叠的因素
• 1.2.3 分子模拟在蛋白质折叠/去折叠中的应用
• 1.3 蛋白质分子模拟
• 1.3.1 分子模拟技术
• 1.3.2 常见的分子模拟技术
• 1.3.2.1 分子动力学方法（Molecular dynamic simulation,MD）
• 1.3.2.2 蒙特卡罗（Monte Carlo-MC）方法
• 1.3.2.3 密度泛函理论（DFT）
• 1.3.3 分子模拟软件介绍
• 1.3.3.1 Materials Studio软件
• 1.3.3.2 Discovery Studio软件
• 1.3.3.3 Gaussina软件
• 1.4 本文研究思路
• 1.4.1 本文研究内容
• 1.4.2 本文研究意义
• 1.4.3 本文主要创新性
• 第2章 纤维蛋白原片段与聚合物材料表面间的吸附模拟:亲水/疏水性影响
• 2.1 引言
• 2.2 计算方法
• 2.2.1 自组装膜层
• 2.2.2 吸附模拟
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 HFG和聚合物表面间的最短距离
• 2.3.2 HFG和聚合物表面间的吸附能
• 2.3.3 HFG和聚合物表面间的氢键作用
• 2.3.4 HFG分子的构型变化
• 2.4 结论
• 第3章 人体中凝血因子Ⅸa与Ⅷa间相互作用的分子模拟
• 3.1 引言
• 3.2 实验方法
• 3.3 结果分析
• 3.3.1 FⅧa和FⅨa蛋白相互作用区域
• 3.3.2 对接前后整体构型的变化
• 3.3.3 氢键相互作用
• 3.3.4 静电相互作用
• 3.4 结论
• 第4章 葡萄糖氧化酶的构象与催化活性关系的分子模拟
• 4.1 引言
• 4.2 计算方法
• 4.3 结果和讨论
• 4.3.1 温度对整体构型的影响
• 4.3.2 温度对二级构型的影响
• 4.3.3 温度对FAD构型的影响
• 4.3.4 FAD分子前线轨道
• 4.3.5 FAD分子内电荷转移
• 4.3.6 FAD分子内氢键
• 4.4 结论
• 第5章 肌红蛋白的构象与直接电子转移能力关系的分子模拟
• 5.1 引言
• 5.2 计算方法
• 5.3 结果和讨论
• 5.3.1 pH值对整体构型的影响
• 5.3.2 pH对二级构型的影响
• 5.3.3 pH对血红素辅基（HEME）的影响
• 5.3.4 HEME分子内电荷转移
• 5.3.5 pH对体系中氢键的影响
• 5.4 结论
• 参考文献
• 在读期间发表的学术论文
• 致谢