四种蛋白质共翻译折叠的分子动力学模拟
蛋白质在细胞及生物体的生命活动中起着重要作用。蛋白质从一级结构折叠成正确的三级结构才能实现其生物学功能，错误的折叠将会引起一系列疾病。蛋白质折叠分为细胞内折叠（体内折叠）和细胞外自由折叠（体外折叠），新生肽链在细胞内核糖体上边翻译合成边折叠称为共翻译折叠。与体外折叠相比而言，共翻译折叠中新生链会与核糖体蛋白质释放通道、核糖体表面及分子伴侣相互作用。已有研究显示共翻译折叠可以降低蛋白质的错误折叠，提高折叠效率。对于共翻译折叠，目前已有不少实验和理论研究，但是很少有两者对相同体系的对照研究。本文将对四个蛋白分子（跨膜蛋白VSV-G和gp41及水溶性蛋白NAGK和ribL9）的共翻译折叠问题进行分子动力学模拟研究。实验研究发现，共翻译折叠时，跨膜蛋白VSV-G和gp41在核糖体蛋白质释放通道内可以折叠而水溶性蛋白NAGK和ribL9则不能，但具体的折叠情况并不清楚。本文希望将分子动力学模拟的结果与实验结果进行比较，对实验结果有进一步的理解。具体研究内容如下： （1）四个蛋白分子自由折叠的分子动力学模拟，结果将为共翻译折叠特征分析作为比对参考。自由折叠模拟结果显示四个蛋白都可以形成螺旋和?构象，但是形成的位置不一致。特别的，虽然它们的N端序列（残基1-36）一样，但形成的二级结构并不相同。另外，VSV-G蛋白比其他三个蛋白更容易形成螺旋，特别是在跨膜序列位置，结果也显示VSV-G蛋白N片段的折叠程度小于C片段，gp41蛋白则相反；NAGK蛋白和ribL9蛋白N片段和C片段的折叠程度相似。 （2）四个蛋白分子在核糖体管道模型中共翻译折叠的分子动力学模拟。本文对这四个蛋白进行了翻译速度分别为每2ns、5ns、10ns和20ns翻译一个残基的模拟，研究在核糖体的管道模型中它们是否折叠和折叠的具体细节。模拟结果显示这四个蛋白在核糖体管道中都能折叠形成螺旋结构以及少量的?构象,并且翻译速度越慢，在核糖体管道内形成的螺旋结构越多，特别地，跨膜蛋白VSV-G可以在天然态位置形成稳定的螺旋结构。另外，螺旋结构形成的量多于自由折叠，而?构象的量少于自由折叠。本文还发现蛋白VSV-G和gp41的N片段的折叠程度小于C片段，而水溶性蛋白NAGK和ribL9的N片段折叠程度大于C片段。这些结果和已有实验的模拟结果基本一致，但不同的是，四个蛋白均可以在核糖体管道内发生折叠形成螺旋结构，只是折叠位置有相同有不同。 （3）四个蛋白分子在真实的核糖体管道内折叠模拟。模拟结果显示在目前的模拟时间（1000ns）内只有跨膜蛋白VSV-G在真实核糖体管道内形成少量螺旋结构，其它三个蛋白并未形成明显二级结构，但四蛋白的RMSD值和溶剂可达表面积都在缓慢变化，有发生折叠的倾向。 总体来说，本文模拟结果和以往实验的模拟结果基本一致，但在折叠细节上有一些新的结果。
蛋白质;共翻译折叠;分子动力学模拟
华中科技大学
硕士
理论物理
肖奕
2021
中文
Q51
2022-08-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）