基于多肽的葡萄糖苷键化合物水解材料的研究

作     者：侯娟 

作者单位：天津科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘继锋;陈艳国

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 070303[理学-有机化学] 0703[理学-化学] 

主      题：多肽 模拟酶 自组装 水解酶 

摘      要：生物大分子(如蛋白质或脂类)的糖基化在生物分子的诱导功能中起着重要作用,是生物系统中的一个重要过程。近年来,研究人员对于去除蛋白质氨基酸残基上的糖苷位点和再生蛋白从天然产物中制备开发新药的巨大潜力受到了广泛的关注。去糖基化过程中往往需要酶的催化作用才能彻底去除糖基。然而,天然酶的稳定性差、价格高等缺点极大地限制了其在工业领域的实际应用。基于上述现状,开发具有天然酶活性、稳定性强和低成本的模拟酶是十分必要的。本文旨在基于多肽的设计构建模拟天然糖苷酶,将其用于水解糖苷类化合物。本研究主要工作如下:本文设计合成八条多肽(PE1,PE2,PE3,PE4,PE5,PE6,PE7,PE8),对该多肽自组装特性及其作为天然糖苷酶模拟进行初步探索。该多肽包含两个功能位点,一个是疏水的LHLHLRL序列骨架,与Zn配合后可自组装成纳米纤维;另一个功能位点是添加活性氨基酸位点谷氨酸(E)和天冬氨酸(D)。设计的多肽在p H 9、37℃条件下能够有效的水解糖苷类化合物,进一步考察了多肽氨基酸序列、p H值和Zn对糖苷类化合物水解催化活性的影响,通过透射电子显微镜,圆二色谱、荧光光谱、紫外-可见光谱等表征手段研究和比较了多肽材料的蛋白纤维结构与其水解活性的关系,随后利用密度泛函理论和分子对接研究多肽与糖苷类化合物的相互作用;结果表明,在p H 9、25℃条件下,以PE5为例,多肽自组装更容易形成具有明显β折叠的纳米纤维结构;多肽的催化水解活性根据不同糖苷类化合物有所差异,如天麻素(18.4%±2.9%)七叶苷(10.4%±2.9%)虎杖苷(9.3%±2.3%),比较PE5对天麻素,虎杖苷和七叶苷的水解活性,发现多肽对天麻素的水解活性高于虎杖苷和七叶苷;这说明多肽的催化活性不仅与其淀粉样蛋白结构有关,而且还受氨基酸序列的位置和种类的影响;此外,p H值和金属离子也影响肽的自组装及稳定结构的形成。通过密度泛函理论计算初步探究了肽与底物的相互作用力;分子对接进一步研究证明这种高催化活性是由于天麻素与多肽具有更高的结合能力,且与模拟酶具有较强的疏水相互作用;分子对接表明不同大小的糖苷类化合物催化活性的差异源于肽与底物相互作用的不同,形成氢键可诱导多肽具有更高的水解催化活性。本实验为基于多肽构建具有水解糖苷键活性的模拟酶水解材料的设计及构效关系的分析提供了思路。这对生产高效模拟酶方面的潜在应用提供了研究方法和理论基础,对设计含有辅助因子和金属离子的模拟酶也具有一定的指导意义。