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2、和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 （保密的学位论文在解密后适用本授权说明） 学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日 摘摘 要要 在应用基因重组技术生产高附加值蛋白质的过程中，蛋白质高效表达导致的包含体生成是影响其最终生产水平的重要瓶颈， 而抑制蛋白质聚集则是解决此瓶颈的关键所在。 实验研究发现与蛋白质带同种电荷的离子交换介质能够有效抑制蛋白质折叠中间体的聚集进而显著提高蛋白质的活性收率。 其机理可能是同电荷介质与蛋白质之间的静电排斥力诱导蛋白质在带电表面形成特定的定向排布， 进而抑制聚集并提高复性收率。然而，利用现有实验技术很
3、难直接验证上述机理。分子动力学模拟能够提供系统微观结构信息， 并能方便地利用统计力学得到系统的宏观性质，是实验研究的重要补充和拓展，已被广泛应用于蛋白质复性研究。 因此，本文采用分子动力学模拟，研究蛋白质分子在同电荷荷电表面上的构象转换及其空间取向。通过建立粗粒化模型和全原子模型，多尺度深入阐释此微观过程，并考察静电作用强度对该蛋白质方位变化及构象转换的影响。 粗粒化模拟和全原子模拟结果均表明，蛋白质被荷电表面排斥远离表面。在此过程中，蛋白质进行了空间方位的调整，形成了蛋白质的偶极矩和荷电表面垂直的空间取向， 与前人的研究结果一致。 更大的电荷数能带来更强的静电排斥力，诱导形成更明显的定向分布
4、，但同时会造成更大程度的蛋白质变性。过强的静电作用甚至导致严重的蛋白质变性，进而使得蛋白质发生大规模聚集。因此，存在着合适的电荷数以获得最大的蛋白质活性收率。 关键词：关键词：分子动力学模拟 构象转换 同电荷表面 静电排斥 定向排布 ABSTRACT Protein aggregation during protein refolding is a fundamental issue in the production of recombinant therapeutic proteins. Like-charged ion-exchange resin has been found effi
5、cient to suppress the aggregation of folding intermediates, leading to a significant increase of native protein recovery. It has been proposed that the working mechanism of the like-charged resin is related to the oriented alignment of protein molecules near the charged surface induced by charge rep
6、ulsion. This oriented alignment is supposed to inhibit protein aggregation. However, it is difficult to verify the proposed mechanism using experimental approaches. Molecular dynamics (MD) simulation is a powerful tool which can offer clear microscopic information in a direct manner. It can also pro
7、vide the macroscopic information of the simulation system. It is useful and has been widely used to understand protein conformational transition at molecular level. In the present study, the distribution of protein molecules near a like-charged surface has been investigated using molecular dynamics
8、(MD) simulation. Both coarse-grained (CG) model and all-atom (AA) model have been utilized to provide a comprehensive description of the microscopic process. The effect of electrostatic repulsion strength has been examined by adjusting the charge number of protein and surface. It is found that like-
9、charged protein is excluded from the charged surface with sufficient electrostatic repulsion. During this process, adjustment of protein orientation is observed to form the oriented alignment, where the dipole of the protein is perpendicular to the charged surface. Better oriented alignment is obser
10、ved with stronger electrostatic repulsion, but with larger disturbance on the protein conformation, indicated by more unfolded protein. Moreover, very strong repulsion causes serious unfolding of protein molecules and then serious aggregation. Therefore, appropriate electrostatic repulsion strength
11、is necessary to get the maximum native yield. KEY WORDS：Molecular dynamics simulation, conformational transition, like-charged surface, electrostatic repulsion, orientation 目 录 第一章 文献综述 . 1 1.1 蛋白质的折叠复性 . 1 1.1.1 蛋白质折叠的基本原理 . 1 1.1.2 蛋白质折叠的微观机理 . 2 1.1.3 蛋白质折叠的宏观动力学模型 . 2 1.1.4 蛋白质复性方法. 3 1.2 同电荷介质辅助蛋白质复性. 4 1.3 分子动力学模拟的原理及应用 . 6 1.3.1 分子动力学模拟的原理 . 6 1.3.2 分子动力学模拟在蛋白质体系中的应用 . 7 1.4 本文研究内容 . 8 第二章 模型和方法 . 9 2.1 引言 . 9 2.2 粗粒化模型和模拟体系构建. 10 2.2.1 蛋白质模型 .
