生物大分子與配體相互作用的動(dòng)力學(xué)理論

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1、生物大分子與配體相互作用的動(dòng)力學(xué)理論摘要某些情況下，生命系統(tǒng)中配體與大分子相互作用時(shí)，結(jié)合位點(diǎn)之間互相不發(fā)生影響，即為獨(dú)立部位。但在絕大多數(shù)情況下，各結(jié)合位點(diǎn)之間互相發(fā)生影響，這種結(jié)合作用是具有協(xié)同性的。人噬菌體阻遏蛋白與操縱基因的相互作用就具有協(xié)同性，且操縱基因上的各結(jié)合位點(diǎn)是不同的。此外有些大分子可以存在兩種以上的結(jié)合位點(diǎn)。有些小配體僅與一個(gè)位點(diǎn)結(jié)合，而有些大配體可同時(shí)吸附多個(gè)位點(diǎn)，但并不一定與所有吸附的位點(diǎn)都完全結(jié)合。為了研究方便，可把大分子的結(jié)合位點(diǎn)簡(jiǎn)化為一維或二維點(diǎn)陣，利用其特殊的統(tǒng)計(jì)特征可解釋一些生命現(xiàn)象。抗凍

2、蛋白與冰晶表面的相互作用就可以看作是大配體與具有均勻點(diǎn)陣式的位點(diǎn)的大分子的相互作用。本文根據(jù)人噬菌體阻遏蛋白與操縱基因的相互作用特點(diǎn)，提出了他們相互作用的化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型。用此模型計(jì)算了各結(jié)合位點(diǎn)飽和分?jǐn)?shù)與阻遏蛋白濃度的關(guān)系函數(shù)，并對(duì)入噬菌體阻遏蛋白與操縱基因相互作用的本征自由能及各位點(diǎn)間的偶聯(lián)自由能進(jìn)行了估算，均得出了與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較好的結(jié)論。另外，根據(jù)抗凍蛋白溶液中抗凍蛋白分子與冰晶表面相互作用特點(diǎn)，提出了抗凍蛋白與冰晶表面相互作用的動(dòng)力學(xué)模型。進(jìn)而，利用飽和分?jǐn)?shù)與抗凍活性之間的關(guān)系，給出抗凍活性與抗凍蛋白濃度的理論關(guān)系

3、。根據(jù)此關(guān)系做出了與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合較好的抗凍活性與抗凍蛋白濃度關(guān)系的理論曲線(xiàn)。并且對(duì)抗凍蛋白分子與冰晶表面相互作用的特點(diǎn)作了進(jìn)一步的討論。關(guān)鍵詞:阻遏蛋白，操縱基因，飽和分?jǐn)?shù)，抗凍蛋白，冰晶表面，抗凍活性致謝本文是在李前忠教授的悉心指導(dǎo)下完成的。在內(nèi)蒙古大學(xué)的七年學(xué)習(xí)生活中我有幸?guī)煆挠诶钋爸医淌?，并得到了李老師無(wú)微不至的關(guān)懷和幫助。李老師耿直的性格和兢兢業(yè)業(yè)的精神都深深地影響了我，他的言傳身教使我懂得了認(rèn)真、勤奮的重要.尤其在攻讀碩士學(xué)位的三年的學(xué)習(xí)和科研工作中，李老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和對(duì)科學(xué)問(wèn)題敏銳的洞察力都使我受益匪淺。他

4、使我端正了學(xué)習(xí)和進(jìn)行科研工作的態(tài)度，并教會(huì)了我如何學(xué)習(xí)和進(jìn)行科研工作，這為我將來(lái)的學(xué)習(xí)和工作打下了良好的基礎(chǔ)。在此，我向李老師致以我最衷心的感謝和誠(chéng)摯的敬意!我還要感謝羅遼復(fù)教授在百忙之中對(duì)我的論文進(jìn)行審閱并提出了寶貴的意見(jiàn)和建議，對(duì)論文的進(jìn)一步完善起到了至關(guān)重要的作用。羅先生正直的品格、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、誨人不倦的精神和兢兢業(yè)業(yè)的工作作風(fēng)是永遠(yuǎn)值得我學(xué)習(xí)并受益終生的!我感謝內(nèi)蒙古大學(xué)多年來(lái)對(duì)我的培養(yǎng)，感謝物理系各位老師對(duì)我的教育和幫助。在三年的學(xué)習(xí)和生活中我得到了生物物理教研室各位老師及生物物理學(xué)專(zhuān)業(yè)各位同學(xué)的幫助和鼓勵(lì)，

5、在此向他們致以深深的謝意。尤其要感謝部維生老師在各方面對(duì)我的關(guān)心、幫助和鼓勵(lì)。同時(shí)，感謝圖書(shū)館、資料室和徽機(jī)室各位老師對(duì)我的支持與幫助。最后，我要向辛勤勞作的父母致以我深深的思念和最崇高的敬意!是他們?cè)谖业膶W(xué)習(xí)和生活中給予了我最有力的支持和鼓勵(lì)使我能不斷地學(xué)習(xí)和深選一、引言(一)生物大分子與配體相互作用的普遍存在生物大分子擁有一些與特異小分子相互作用的位置(稱(chēng)為結(jié)合位點(diǎn))，而稱(chēng)這些小分子為配體。配體和大分子結(jié)合位點(diǎn)之間存在著可逆的結(jié)合或解離。生命系統(tǒng)中許多過(guò)程是配體與大分子(如蛋白質(zhì))相互作用的結(jié)果。最普遍的配體反應(yīng)就是酶

6、和底物之間的相互作用的結(jié)果。另外還有激素和激素受體之間的相互作用;小分子與涉及小分子活性輸送的蛋白質(zhì)之間的相互作用:離子與核酸、蛋白質(zhì)間的相互作用等等。可以這樣說(shuō):實(shí)際上全部生命現(xiàn)象都依賴(lài)于一種或若千種配體的相互作用。正是因?yàn)檫@種原因，深入地探索大分子與配體間的相互作用己成為許多生物化學(xué)家和生物物理學(xué)家的研究方向1一。某些情況下，結(jié)合位點(diǎn)之間互相不發(fā)生影響，即為獨(dú)立部位。但在大量重要的情形中，結(jié)合作用是協(xié)同性的即結(jié)合一個(gè)位點(diǎn)影響其它位點(diǎn)的結(jié)合強(qiáng)度[7.81。在生物學(xué)中，存在許多種配體與大分子結(jié)合為協(xié)同性過(guò)程的例子。研究的最

7、充分的是氧與血紅蛋白的結(jié)合。此外，許多具有多個(gè)亞單位的酶，也以協(xié)同方式與墓質(zhì)相互作用，例如，天冬氮酸轉(zhuǎn)氮甲酞酶也呈現(xiàn)這種特性。在這些情況下，核酸協(xié)同地與特殊配體結(jié)合，可見(jiàn)，在生命系統(tǒng)中，協(xié)同相互作用是很普遍的。在生物活性調(diào)節(jié)中，協(xié)同性過(guò)程之存在可以看作是細(xì)胞為什么需要有大分子的一個(gè)原因。此外有些大分子可以存在兩種以上的不同位點(diǎn);而另一些大分子可以結(jié)合兩種以上的不同配體;較小的配體只可以結(jié)合一個(gè)位點(diǎn)，而一些較大的配體可同時(shí)吸附于多個(gè)位點(diǎn)，但并不一定與所有被吸附的位點(diǎn)都完全結(jié)合。從而，使類(lèi)型眾多的配體平衡反應(yīng)適應(yīng)不同生理過(guò)程的

8、需要。(二)生物大分子與配體相互作用的實(shí)例及其理論模型生物大分子與配體相互作用的問(wèn)題在實(shí)驗(yàn)上許多人已經(jīng)作了大t的工作。這促使人們?cè)噲D從理論角度來(lái)解釋這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。針對(duì)不同的生物學(xué)問(wèn)題，根據(jù)其特性，提出相應(yīng)的大分子與配體相互作用模型來(lái)加以解決。而每一種理論模型經(jīng)過(guò)相應(yīng)的改進(jìn)又可應(yīng)用于多種與模型建立所基于的