蛋白质结构同源模建方法研究及芋螺毒素与钙通道相互作用的计算机模拟

摘要

电压门控N-型钙离子通道是与神经元中释放的神经信号传递有关的跨细胞膜的特殊蛋白质分子。它由好几个蛋白质亚基组成，其中的α1亚基包含了电压敏感器和钙离子的选择性孔道。该亚基的一级结构已经发表，一般认为α1亚基包含四个重复单位(Ⅰ-Ⅳ)，每个重复单位包括6段跨膜区(S1-S6)。跨膜区S4上有很多正电荷，被认为是通道的电压敏感器。S5和S6之间的连接区P区被认为是形成通道的门孔的部分。N-型钙离子通道能够被ω-芋螺毒素特异性的阻断，这些ω-芋螺毒素的三维结构已经由二维NMR方法测定。尽管还没有被证实，但一般认为ω-芋螺毒素占据了通道的孔道。有实验证明，第三个重复单位的P区(ⅢP区)是通道和芋螺毒素结合的主要部位。在本文中，用分子模拟程序模建了ⅢP区的结构。为了对通道的阻断机理有一个清楚的了解，模拟了ⅢP区和三种芋螺毒素GⅥA、MⅦA和SO3作用的理论模型。在我们的模型中，GⅥA与钙通道的作用方式可能与MⅦA不同，而MⅦA和SO3与钙通道的作用方式可能相同。我们还讨论了这些芋螺毒素中的关键残基的作用。 半夏蛋白是从一种传统的中草药三叶半夏中提取的植物蛋白，它的分子量大约为48kd，是一个多亚基的蛋白。半夏蛋白曾作为抗早孕蛋白，用于终止小鼠的早期妊娠。半夏蛋白也是一种植物凝集素，它与兔红血球有专一的凝集活力，浓度低至每毫升2微克时仍有凝集作用。在本文中，从半夏中分离了半夏蛋白。X-射线衍射技术至今仍是研究蛋白质结构最有效的手段。为了研究半夏蛋白的三维结构和阐明其结构功能关系，我们进行了其晶体生长的尝试。在实验中，我们采用的晶体生长方法是汽相悬滴扩散法。在生长时，经过大约一周的时间，半夏蛋白晶体在pH7.5的PEG-4000的溶液中析出。 目前蛋白质和核酸序列的测定速度很快，另一方面，蛋白质结构的测定速度却比较慢。因为蛋白质序列和结构测定速度之间有一定差距，所以有很多蛋白质只知道其序列而不知道其三维结构。蛋白质结构模建已经成为当前结构生物学的一个热点。目前蛋白质的结构模建已经发展了多种方法和软件。Homology和Modeler是其中两个比较常用和成熟的软件。Homology是一个帮助人们构建蛋白质结构的程序，它基于蛋白质的序列和其已知结构的参考蛋白的信息，是一个手动的程序。Modeler是一个自动的同源模建程序，它不需要确定结构保守区和loop区，它基于蛋白质序列联配和参考蛋白结构的信息。由于二者依据的算法和具体思路有所不同，所以采用这两种方法即使使用同样的参考蛋白对同一个目标蛋白进行结构模建时，结果也会有些差异。这时候我们必须回答这样一个问题：这两个方法哪一个更好，或在应用时应该选择哪一个。为了回答这个问题，我们必须知道这两个程序预测的偏差。为了达到这个目的，我们选择了三个已知结构的蛋白作为模建对象。这三个蛋白是：IntegrinCR3Adomain、Cyanidiumcaldariumphycocyanin和WingedbeanalbuminⅠ。分别用Homology和Modeler模建这三个蛋白质的结构，然后再把模建的结构和它们实际的结构分别进行比较。从结构比较的结果中，解了这两个程序的应用范围。

目录

摘要

第一章芋螺毒素与钙离子通道相互作用的计算机模拟研究

引言

一.钙通道P区结构的模建

二.ⅢP区与ω-芋螺毒素的相互作用

三.钙通道ⅢP区和三种芋螺毒素相互作用的计算结果和讨论

第二章半夏蛋白的晶体学研究

一结构生物学的重要研究方向----蛋白质晶体学

二.半夏蛋白的研究状况

三.半夏蛋白的分离纯化和晶体生长

四.关于蛋白质结晶的现状和一些看法

第三章蛋白质三维结构预测的方法研究

一.引言

二.材料与方法

三.结果和讨论

(一)同源蛋白的搜寻结果

（二）蛋白结构模建的过程

（三）模建结果的比较和分析

文献综述 电压门控型钙离子通道的结构与功能

参考文献

工作小结

致谢