纳米孔技术研究蛋白质构象动力学

目的蛋白质在履行生命功能时会形成多种构象态。检测和分析蛋白质的构象和变构对于阐明蛋白质结构和功能的关系至关重要。纳米孔技术具有水环境检测、高时空分辨率、无标记和高通量等优势,在蛋白质检测中具有巨大潜力。本研究将利用纳米孔传感技术探索αXβ2整合素的不同构象态和变构过程。方法利用分子动力学(MD)模拟建立了纳米孔传感系统,以检测αXβ2的不同构象态。此外,基于拉伸分子动力学(SMD)模拟建立了纳米孔传感和原子力探针拉伸联用的方法,调控并探测了蛋白质的变构过程,并基于自由能分析了纳米孔空间约束对变构模式的影响。结果成功解耦了αXβ2的构象和取向对纳米孔离子电流的调制,估计了3种构象态的近似椭球形貌。利用椭球体积和形状特征区分了不同的构象态。此外,分析了纳米孔内的电导率的分布,厘清了孔壁和蛋白质对电导率的影响规律。进一步,建立了一种基于电、力耦合传感的新方法,以探测纳米孔中蛋白质的构象动力学,并通过新型SMD-椭球近似方法实时解析了中间态构象的结构特征。结果表明,纳米孔约束增加了αXβ2构象伸展所需克服的能垒。结论本研究通过对离子电流和蛋白质变构的综合分析,提升了纳米孔技术用于蛋白质构象和变构的检测能力。