脱氮硫杆菌SoxAX蛋白的建模、分子对接及相互作用研究

作     者：陆远芳 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孟志忠

授予年度：2016年

学科分类：0710[理学-生物学] 071010[理学-生物化学与分子生物学] 07[理学] 

主      题：脱氮硫杆菌 Sox蛋白 蛋白建模 分子对接 蛋白质-蛋白质相互作用 

摘      要：脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)是一种严格自养和兼性厌氧型的硫氧化细菌(sulfur oxidizing bacteria,SOB),因具备脱硫效率高、胞外富集利于回收的单质硫以及能在厌氧条件下同步脱硫脱氮等优点,在生物脱硫、脱氮工艺,污水处理、金属防腐、石油化工等领域的工艺应用中备受关注。其中由sox(硫氧化)基因簇编码的Sox蛋白质体系,是硫氧化细菌中普遍存在的硫氧化代谢途径之一,它对微生物的正常生长代谢以及硫在自然界中的循环有重要意义。但是目前PDB数据库中尚没有脱氮硫杆菌的Sox蛋白的结晶结构获得解析。本研究在脱氮硫杆菌SoxA和SoxX蛋白的一级序列研究的基础上,采用反向折叠法成功构建了SoxA和SoxX蛋白的三维结构模型,并通过与结晶结构1H32拟合,成功构建含血红素的脱氮硫杆菌Sox AX二聚体,并通过分子力学和分子动力学的方法对其进行能量优化,并最终得到稳定的结构模型。采用PROCHECK、VERIFYD和PROSA等三种方法从空间结构和能量两个角度对模型进行合理性评估。最后我们对SoxAX与硫代硫酸盐、硫化氢、亚硫酸盐和半胱氨酸等多种底物进行了对接分析,为脱氮硫杆菌的结构和催化机制研究提供理论基础。基于一级序列研究结果显示,不同基因簇上的SoxA和SoxX蛋白具有相似的理化性质,均具有亲水偏好性;4个目标蛋白均含有信号肽,除信号肽区域外,成熟蛋白区域中不含跨膜螺旋结构;亚细胞定位显示SoxA1和Sox A2存在周质空间的可能性较大,而SoxX蛋白则均无明显的定位偏好。成功构建了SoxA和SoxX蛋白单体三维结构模型,及包含血红素配体的Sox AX全酶二聚体结构,评估结果表明构建的SoxA和SoxX蛋白三维结构合理的。二聚体的溶剂可达到表面积(SAS)值为14948.7?,氢键是维持Sox AX二聚体结合的主要作用力,界面处有8个短强氢键参与维持二聚体结构的稳定,此外两亚基间也可形成较强的疏水界面。界面处氨基酸残基相互作用能的分析揭示了两亚基的结合模式和重要残基,其中静电作用是促使二聚体结构形成的主要驱动力。Sox A上的ARG160,GLN174,ARG179,ARG219等4个残基,及SoxX亚基上GLY18,THR35,MET37、PRO67、SER68、THR69等6个残基与SoxAX参与氢键的形成。对脱氮硫杆菌SoxAX蛋白(Td Sox AX)和Rhodovulum Sulfidophilum Sox AX蛋白(Rs Sox AX)潜在的硫化合物结合的活性位点进行了探究,初步确定了Td SoxAX和Rs SoxAX的活性中心区域,并用于后续的底物硫代硫酸盐、硫化氢、亚硫酸盐和半胱氨酸进行对接实验。确定氢键是维持底物与SoxAX结合的主要作用能。相较于Rs SoxAX,Td Sox AX的总体能量均偏低但结合能略高于Rs SoxAX。Td SoxAX在硫代硫酸盐、硫化氢、亚硫酸盐和半胱氨酸的结合的稳定性分别为半胱氨酸硫代硫酸盐亚硫酸盐硫化氢。Td SoxAX A链上的ARG210、CYS214、GLU183、GLN217和血红素等位点是脱氮硫杆菌进行底物相互作用的主要区域。