[發明專利]一種基于SAXS的蛋白質與表面活性劑復合物模型及解析方法

在審

• 申請號: 201710227978.5
• 申請日: 2017-04-10
• 公開（公告）號: CN107016257A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 孫洋;簡.斯科夫.彼得森;克里斯蒂亞諾.奧利維拉
• 申請（專利權）人: 湖北文理學院
• 主分類號: G06F19/12
• 分類號: G06F19/12
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司11335
• 代理人: 吳甘棠

技術領域

本發明涉及一種模型解析方法，具體涉及一種基于SAXS的蛋白質與表面活性劑復合物模型解析方法，屬于生物化學、生物物理、物理化學的技術領域。

背景技術

SDS對蛋白質的α-螺旋結構及聚集作用或纖維化所呈現的雙重調控行為，可作為分子伴侶輔助蛋白質復性，對于更好理解蛋白質去折疊與重折疊過程及其機理、發展表面活性劑輔助蛋白質復性技術具有重要意義，因此表面活性劑誘導蛋白質折疊、去折疊及重折疊的機理與復合物模型的研究已成為人們越來越重視的課題。然而，SDS調控蛋白質α-螺旋結構以及聚集/纖維化行為機制目前還沒有統一和完善；溶液組分、環境因素及熱動力學對復合物形貌尺寸影響極其顯著，致使電鏡技術直觀觀測復合物形態難度較大，很難精確獲得全部結構信息，需要準確的理論模型加以輔助支撐。

小角x射線散射(small angle x-ray scattering,SAXS)技術在研究表面活性劑與蛋白質的亞微觀結構(數納米至數百納米)方面具有獨特的優勢，是原位、動態監控溶液中蛋白質復合物結構變化的一種重要手段。具體應用主要包括以下幾個方面：

1.通過Guinier散射測定復合物膠團、膠粒的形狀、粒度以及粒度分布等；

2.復合物體系中的分子運動和相變；

3.通過Porod-Debye相關函數法研究復合物多相體系的相關長度、界面層厚度和總表面積等；

4.通過絕對強度的測量，測定蛋白質的分子量；

5.根據不同形狀(球形、橢球形、棒狀、盤型等)粒子的形狀因子及散射強度克通過相關公式計算，通過采用具有一定普適性的受限自動化散射曲線擬合方法，獲得動態模型參數，構建模型結構；最后可原位、無損、無需純化和單分散蛋白樣品來表征復合物結構。

目前較為常用的蛋白質結構分析算法和軟件包括，CRYSOL，ORNL-SAS，Fast-SAXS，FOXS，SAXS3D等。無論是通過SAXS實驗獲得的散射強度曲線的結構和解析，還是通過模擬結構計算擬合實驗散射強度曲線來解析蛋白質復合物結構，都是蛋白質或復合物的不同結構對散射強度曲線對具有不同“特征指紋”。

雖然利用從頭計算法和不同軟件通過對實驗散射強度數據曲線的擬合來構建高分辨率三維結構模型，可以進一步確立蛋白質主體結構，另外在從頭計算法的基礎上，利用球形剛體建模方法將不同結構片段進行重組，對每個組合結構計算散射強度曲線，并與實驗獲得曲線進行比對，重復結構片段組裝與曲線擬合過程，直到獲得滿意的匹配度，最終獲得完整的蛋白結構。在蛋白質與表面活性劑相互作用過程中，由于蛋白溶液濃度與x射線光散射密度較低，而表面活性劑的極性親水基團和非極性的疏水基團的散射強度較大，表面活性劑的散射強度會覆蓋蛋白質的散射強度，在計算和擬合散射曲線獲得復合物模型過程中，表面活性劑的散射強度會對結果引入較大干擾和誤差，獲得的理論結構模型與實際復合物結構差異非常大。

另外，蛋白在某些表面活性劑(如SDS)膠團存在條件下，蛋白呈折疊態，α-螺旋結構增加；但SDS在臨界膠束濃度(CMC)以下，蛋白質α-螺旋含量降低、β-折疊結構升高，蛋白呈去折疊態，伴隨小球狀淀粉質β-多肽聚集體產生。在SDS誘導β-多肽淀粉樣纖維化或調控蛋白及多肽聚集作用同樣具有雙重行為。而且盡管SDS誘導蛋白質或多肽呈現增加的α-螺旋結構折疊態，但長時間的培育作用(幾天到幾個星期)促進生成纖維體或聚集體，可能復合物通過暴露在外的脂肪酸鏈的疏水作用而發生聚集作用。SDS誘導球狀蛋白質失活及復性過程不同階段單體復合物和聚集體結構特征。而因為表面活性劑與蛋白質散射強度的較大差異，現有軟件及計算方法無法對表面活性劑誘導的蛋白質聚集作用和聚集體復合物模型進行解析。

在蛋白質復合物通用理論模型仍然確實的情況下，基于SAXS建立具有普適性的適用于表面活性劑與蛋白質單體和聚集體復合物結構的理論模型的計算解析方法，具有十分重要的科學意義和應用價值。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種基于SAXS的蛋白質與表面活性劑復合物模型及解析方法，以克服現有技術所存在的上述缺點和不足。

本發明所需要解決的技術問題，可以通過以下技術方案來實現：

作為本發明的第一方面，一種基于SAXS的蛋白質與表面活性劑復合物模型，其特征在于，模型的散射強度表達式為：

I(q)＝Sc·n_mic·[P(q)+<A(q)>²(S(q)-1)]+back(23)