全 文 ： 万方数据
·30· 生物加工过程 第4卷第2期
识，从而促进分离过程优化和分离材料设计[1]。
基于静电相互作用的离子交换层析是应用最广泛
的蛋白质层析分离技术，规模化应用的成果层出不穷，
也建立了不少层析分离模型。然而，微观分离本质认
识的不足造成了模型分析普遍缺乏预见性，难以预估
蛋白质分子在层析床层中的分离行为瞳]。针对这一状
况，国外学者尝试引入分子模拟方法来考察蛋白质分
离过程中的静电相互作用，取得了一些进展啪]。然而，
微观分子模拟计算往往与宏观的分离行为相脱节，使
得分子模拟计算的结果难以获得应用。
本文借助分子模拟技术来研究离子交换层析中
蛋白质和功能配基问的静电相互作用，以蛋清溶菌
酶和牛胰凝乳蛋白酶为模型对象，构筑合适的蛋白
质一介质配基模拟表面，通过分子模拟计算表征静电
相互作用的能量参数，寻求静电相互作用能和层析
停留因子间的相关性，实现微观分子模拟计算和宏
观分离现象的定量关联。
1材料与方法
1．1蛋白质结构数据
以蛋清溶菌酶和牛胰凝乳蛋白酶作为研究对
象。蛋白质的三维结构数据从ProteinDataBaJlk
(PDB)数据库获得，通过比较分析，选择PDBID为
1lse(蛋清溶菌酶)和2cga(牛胰凝乳蛋白酶)的三维
结构数据[7名]。蛋白质大小分别为43×10。om(蛋清
溶菌酶)和50×10一om(牛胰凝乳蛋白酶)。
1．2分子模拟计算和软件
采用程序包McCE、Delphi和GRASP等进行分
子模拟计算悟10]。MccE程序用于研究pH变化对于
蛋白质分子中氨基酸残基质子化的影响，获得不同
pH条件下的蛋白质三维结构数据。Delphi程序用
于研究离子浓度对蛋白质周围静电势的影响。采用
点电荷模拟功能配基，形成离子交换剂内孔配基模
拟表面，构筑蛋白质一介质配基模拟表面体系。采用
基于Poission．Bolt珊ann方程的Delphi程序计算蛋白
质和模拟配基表面问的静电相互作用能，考察配基
平面大小、配基密度、作用距离、作用方向、盐浓度、
pH等影响。
性质，包括GEHealt}lcare公司的SPSephaIDseFF、CM
SephaIDseFF和7晒OH公司的ToyopeallSP650M、
Toyope碰CM650M结果见表1。介质孔径范围在
2．5～8×10～m之间，平均配基距离在6～8×10一o
m之间。介质的平均孔径远大于蛋白质的大小，因
而介质孔可以近似作为平面以简化计算。另外，蛋
白质大小明显大于平均配基距离，也就是说一个蛋
白质可以和很多数量的配基发生相互作用。为简化
处理，配基间距设定为7×10。10m。
表l一些阳离子交换剂的性质
Table1 f碲nies0f omecationexchangers
性质 sPSepharoseFFCMsephamseFFSP650MCM650M
平均孔径10一10／m 247 273 766 739
平均配基距离10-10，mO．62 0．8 O．56 O．69
由于不同阳离子交换介质的结构是类似的，功能
基团的顶部带一个负电荷，如磺酸基、磺丙基、羧甲
基、羧基等，而空间臂上所带电荷较少。因此，本文将
阳离子交换基团简化为带一个负电荷的原子，构筑点
电荷网平面来模拟配基表面，根据蛋白质对象大小调
整平面，配基间距均为7×10一om。与溶菌酶作用的
模拟平面是9×9配基组成，平面边长为5．6×10一m，
略大于溶菌酶的直径(4．3×10一m)；与牛胰凝乳蛋白
酶作用平面是10×10配基组成，边长为6．3×10～m，
略大于牛胰凝乳蛋白酶的直径(5×10一m)。
2．2相互作用方向的影响
组成蛋白质的氨基酸电荷有差别，蛋白质表面
氨基酸的分布也不同，因而蛋白质表面电荷特性存
在明显的区域分布，与模拟介质平面的相互作用会
随着作用方向的变化而改变。图1和2分别给出了
2结果与讨论 图1
2．1 蛋白质．介质配基模拟表面的构建
基于文献数据[1川，计算了4种阳离子交换剂的
。
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-Z—direction：Vy-direction
作用方向对溶菌酶与配基模拟平面结合能的影响
(pH7．0。0．1mol／LNaCl)
Fig．1Innuenceofinteractiondirectionon‰bi础nge ergyof
chargenet—lysozyrne
万方数据
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