【摘要】：運動能導(dǎo)致體溫升高,pH值下降等人體內(nèi)環(huán)境變化。有研究發(fā)現(xiàn),運動導(dǎo)致人體溫度升高,并進而抑制機體持續(xù)運動的機制與溫度對神經(jīng)元鈣傳感蛋白(NCS-1)產(chǎn)生影響有關(guān)。而運動導(dǎo)致的機體pH值變化會對NCS-1產(chǎn)生哪些影響,這些影響又是否有可能被規(guī)避,成為了全面探討運動影響蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的過程中亟待解決的問題。近年來,蛋白質(zhì)和氨基酸在運動代謝機制中的作用愈加受到研究者們的重視,但受限于時間空間以及研究的相關(guān)成本,導(dǎo)致與運動相關(guān)蛋白有關(guān)的作用機制和結(jié)構(gòu)變化難以得到準確的解釋和驗證,因此,需要研究者們進一步從研究方法上尋找突破口。NCS-1通過和不同靶蛋白相互作用來實現(xiàn)豐富的生理功能,而氨基酸序列的改變會對其功能的發(fā)揮起到重要影響。人類等高等動物的NCS-1氨基酸序列和存在于線蟲中的此蛋白相比,前者的組氨酸在氨基酸序列的第102和83位點被替代為了其他氨基酸,并有可能因此降低了NCS-1自身在突觸過程中對于pH值的敏感性。本研究通過全原子分子動力學(xué)模擬,對不同物種的NCS-1展開研究,觀察ARG 102和Ser 83氨基酸突變成中性(R102H和S83H)和酸性(R102H~p和S83H~p)的組氨酸對其整體蛋白結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響,并進一步探索由進化導(dǎo)致的NCS-1中組氨酸的突變對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能所具有的意義。本文共計進行了累計時長達5μs微秒的分子動力學(xué)模擬,得到的主要結(jié)論如下:1.將NCS-1氨基酸序列中的ARG 102分別突變?yōu)橹行院退嵝詐H值的His 102,發(fā)現(xiàn)兩種突變對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響有所差異。中性pH值條件的R102H突變并未對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響,而酸性R102H~p突變顯著降低了NCS-1結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,這表明當人體酸堿平衡狀態(tài)處于酸性時,NCS-1蛋白結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性將下降并會因此影響其功能的發(fā)揮,隨之抑制機體繼續(xù)運動。2.中性R102H和酸性R102H~p突變對NCS-1蛋白結(jié)構(gòu)的局部柔性亦產(chǎn)生不同影響。中性pH值條件的R102H突變對loop L2的局部柔性影響較小,而酸性pH值條件的R102H~p突變更加顯著的降低了NCS-1結(jié)構(gòu)此處的局部柔性。酸性pH值對其產(chǎn)生的更大影響,說明當人體酸堿平衡狀態(tài)處于酸性時,有可能不利于NCS-1功能的發(fā)揮。3.中性R102H和酸性R102H~p突變都會在一定程度上增加NCS-1中l(wèi)oop L3的延展性,而loop L3更加延展將會導(dǎo)致NCS-1功能的劣化,進而抑制機體繼續(xù)運動。因此,其他物種NCS-1中的His 102在人體中突變?yōu)锳RG 102,客觀上實現(xiàn)了對于導(dǎo)致NCS-1功能劣化機制的規(guī)避。4.通過鹽橋網(wǎng)絡(luò)分析和動態(tài)集團網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn),中性R102H突變和酸性R102H~p突變對NCS-1的鹽橋網(wǎng)絡(luò)中無論段內(nèi)鹽橋或段間鹽橋的鹽橋形成數(shù)量和幾率產(chǎn)生顯著影響,二者都減弱了NCS-1的段間作用并加強了其段內(nèi)的聯(lián)絡(luò)。并且當pH值變?yōu)樗嵝?蛋白質(zhì)的N-段和C-段之間的聯(lián)系進一步削減,相互作用也進一步減弱,并會因此動力學(xué)特征的變化影響NCS-1與配體蛋白之間的相互作用。5.將NCS-1氨基酸序列中的Ser 83分別突變?yōu)橹行院退嵝詐H值的His 83,發(fā)現(xiàn)兩種突變均使蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性下降,表明其他物種的His 83在人體中突變?yōu)锳RG 83,規(guī)避了該NCS-1功能劣化機制。通過對中性S83H和酸性S83H~p突變體鹽橋網(wǎng)絡(luò)的研究,發(fā)現(xiàn)當?shù)鞍踪|(zhì)處于酸性環(huán)境時,將更強地破壞C-段的段內(nèi)鹽橋;同時以上兩個突變也均會對蛋白質(zhì)段間鹽橋產(chǎn)生破壞作用,并會因此對NCS-1與配體結(jié)合產(chǎn)生的不利影響。6.突變改變了NCS-1與其他NCS家族蛋白之間相似的構(gòu)象動力學(xué)特征,當人體酸堿平衡狀態(tài)處于酸性時,將導(dǎo)致突變體構(gòu)型狀態(tài)對人類NCS-1及相關(guān)NCS家族蛋白的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的反映降低,而且突變體與野生體NCS-1間凸顯出的結(jié)構(gòu)差異有可能使突變體的生理功能受到影響。人體NCS-1在102和83位點自His分別突變?yōu)锳RG和Ser使以上的功能破壞機制得到補償,破壞了對于pH值的敏感性使得蛋白質(zhì)可發(fā)揮正常的運動抑制作用,同時溫度升高也會使NCS-1抑制運動。因此,相比于運動導(dǎo)致的pH值變化,運動中內(nèi)環(huán)境變化因子中溫度的升高是人體中NCS-1發(fā)揮正常運動抑制功能的關(guān)鍵因素。
【學(xué)位授予單位】：上海體育學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：G804.2
【圖文】：

圖 1 未�；}結(jié)合人類 NCS-1 的三維結(jié)構(gòu)元鈣傳感蛋白家族的成員，其未被�；⑦B接了譜法得到解析1。圖 1 顯示了人類 NCS-1 的三維的 ID 為 2LCP，其所包含的三個鈣離子在圖中含兩個結(jié)構(gòu)段，N-段由氨基酸序列 M1-S93 組成基酸序列 D98-V190 組成（圖 1 中綠色表示），它連接1。從圖中可以直觀看出，NCS-1 的結(jié)構(gòu)主們進而構(gòu)成了四個 EF-hand 結(jié)構(gòu)，其中 EF1 和 E-段。四個 EF-hand 結(jié)構(gòu)中的三個（EF2，EF3 和 子，而在 EF1 處保守的半胱氨酸/脯氨酸替換使eidarsson 等人的研究1發(fā)現(xiàn)，NCS-1 包含 9 個螺列 E11-R18），H2（E24-F34），H3（A45-Q54），HD98-Y108），H7（R118-V132），H8（E146-M155）和 H9p結(jié)構(gòu)，loop 1（L1）（F56-P61），L2（G133-P145）和L螺旋結(jié)構(gòu)構(gòu)成了一個疏水口袋，其中螺旋 H4，H螺旋 H3，H7 和 H9 分別在兩側(cè)形成了包圍口袋的首尾兩端邊緣將疏水口袋封閉。作為蛋白質(zhì)與配進入時，loop L3 將占據(jù)疏水口袋并充當一個模

運動對神經(jīng)元鈣傳感蛋白結(jié)構(gòu)突變調(diào)控機制的構(gòu)象動力學(xué)2 展示了野生體 NCS-1 核心結(jié)構(gòu)（氨基酸序列 E11-K174）在兩個模擬SD 值隨時間變化的圖像。在圖 2a 中，野生體 NCS-1 核心結(jié)構(gòu)的 RMS ns 增長得非常快，這是由于在分子動力學(xué)模擬的初始階段，蛋白質(zhì)正在向生物體真實環(huán)境靠攏。在經(jīng)歷小范圍波動后，WT-MD1 和 WT-MD 后剩余的模擬時間內(nèi)分別穩(wěn)定在 0.33 和 0.31 nm。通過模擬中得到 值可知，野生體 NCS-1 的模擬體系較為準確地反映了生物體真實環(huán)白的結(jié)構(gòu)以及動力學(xué)特征。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 朱玉珍;張慶文;;神經(jīng)元鈣傳感蛋白R102Q突變體的動力學(xué)構(gòu)象特征[J];中國組織工程研究;2015年02期

2 朱玉珍;張慶文;;神經(jīng)元鈣傳感蛋白研究前沿與熱點分析[J];中國組織工程研究;2014年42期

本文編號：2722300