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枯草杆菌蛋白嗜热性研究

作　者: 丁程
导　师: 李晓琴
学　校: 北京工业大学
专　业: 生物物理学
关键词: 枯草杆菌蛋白蛋白嗜热性分子动力学模拟统计耦联分析蛋白嗜热稳定因素
分类号: Q936
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

蛋白嗜热性改造研究在理论和工业上都有重要意义。一方面，由于蛋白酶催化效率高、对底物具有立体选择性，被越来越多地应用于化学反应中。但是天然蛋白酶对盐、PH值、温度的耐受性低，这大大限制了它们的应用。因此设计更高耐受性的蛋白酶将会促进其在工业领域的应用；另一方面，蛋白的结构与功能密切相关，蛋白的嗜热性机理的研究，可以反过来促进对蛋白结构和功能关系的理解。因此研究蛋白质的热稳定机制与通过理性设计提高蛋白质的热稳定性一直是计算生物学及蛋白质工程领域中的一个研究热点。论文以枯草杆菌蛋白为研究对象，进行了枯草杆菌蛋白嗜热关键区域的识别和枯草杆菌蛋白稳定性因素分析两方面的工作，具体研究结果如下：1通过枯草杆菌蛋白同源家族序列的统计耦联分析，提取枯草杆菌蛋白中的保守残基和强耦联残基，并运用分子动力学模拟方法，提取枯草杆菌蛋白表面候选突变残基，综合上述结果，提出了枯草杆菌蛋白表面嗜热性改造关键区域的识别方法，并利用该方法确定了枯草杆菌蛋白表面的10个嗜热性改造关键区域。将该结果与已有的嗜热性突变实验资料进行了对比，发现其中的7个预测区域与实验结果吻合。结果验证了该方法可以较好地识别蛋白嗜热性改造关键区域。2利用同源模建及分子动力学模拟方法，对枯草杆菌蛋白酶及其突变体进行了热稳定性影响因素的对比研究。选取四种蛋白酶热稳定性影响因素--氢键、静电能、范德华能及盐键，利用分子动力学模拟结果，计算了枯草杆菌蛋白酶及其突变体对应的氢键数目、静电能大小、范德华能大小以及盐键数量。对比分析发现：静电能大小和盐键的数目在野生型和突变型中差别较大，静电能和盐键是影响枯草杆菌蛋白酶热稳定性的主要因素；氢键的数目和范德华能在野生型和突变型中差别较小，氢键和范德华能是影响枯草杆菌蛋白酶热稳定性的次要因素。枯草杆菌蛋白表面嗜热性改造关键区域识别方法，可以较好地识别蛋白嗜热性改造关键区域，对指导蛋白的嗜热突变有指导意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 蛋白嗜热性研究的意义  9
  1.2 常温蛋白酶和嗜热蛋白酶概述  9-10
  1.3 提高蛋白嗜热性的一般方法  10-13
    1.3.1 定向进化  10-11
    1.3.2 定点突变  11-13
  1.4 课题来源  13-15
第2章枯草杆菌蛋白嗜热关键区域的确定  15-31
  2.1 引言  15
  2.2 材料和方法  15-29
    2.2.1 枯草杆菌蛋白酶介绍  15-17
    2.2.2 统计耦联分析在蛋白嗜热性领域的应用  17-21
    2.2.3 分子动力学模拟  21-25
    2.2.4 蛋白嗜热关键区域的确定  25-29
  2.3 结果和讨论  29-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章枯草杆菌蛋白稳定性因素分析  31-47
  3.1 引言  31
  3.2 材料和方法  31-44
    3.2.1 枯草杆菌蛋白酶嗜热突变体  31-32
    3.2.2 分子内部相互作用对蛋白嗜热性的影响  32-35
    3.2.3 蛋白构象对嗜热性的影响  35-38
    3.2.4 几种常见作用力对枯草杆菌蛋白嗜热性的影响  38-44
  3.3 结果和讨论  44-45
  3.4 本章小结  45-47
结论和展望  47-49
参考文献  49-55
攻读硕士学位期间的学术论文  55-57
致谢  57

枯草杆菌蛋白嗜热性研究

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