[发明专利]一种基于SAXS的蛋白质与表面活性剂复合物模型及解析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模型解析方法，具体涉及一种基于SAXS的蛋白质与表面活性剂复合物模型解析方法，属于生物化学、生物物理、物理化学的技术领域。

背景技术

SDS对蛋白质的α-螺旋结构及聚集作用或纤维化所呈现的双重调控行为，可作为分子伴侣辅助蛋白质复性，对于更好理解蛋白质去折叠与重折叠过程及其机理、发展表面活性剂辅助蛋白质复性技术具有重要意义，因此表面活性剂诱导蛋白质折叠、去折叠及重折叠的机理与复合物模型的研究已成为人们越来越重视的课题。然而，SDS调控蛋白质α-螺旋结构以及聚集/纤维化行为机制目前还没有统一和完善；溶液组分、环境因素及热动力学对复合物形貌尺寸影响极其显著，致使电镜技术直观观测复合物形态难度较大，很难精确获得全部结构信息，需要准确的理论模型加以辅助支撑。

小角x射线散射(small angle x-ray scattering,SAXS)技术在研究表面活性剂与蛋白质的亚微观结构(数纳米至数百纳米)方面具有独特的优势，是原位、动态监控溶液中蛋白质复合物结构变化的一种重要手段。具体应用主要包括以下几个方面：

1.通过Guinier散射测定复合物胶团、胶粒的形状、粒度以及粒度分布等；

2.复合物体系中的分子运动和相变；

3.通过Porod-Debye相关函数法研究复合物多相体系的相关长度、界面层厚度和总表面积等；

4.通过绝对强度的测量，测定蛋白质的分子量；

5.根据不同形状(球形、椭球形、棒状、盘型等)粒子的形状因子及散射强度克通过相关公式计算，通过采用具有一定普适性的受限自动化散射曲线拟合方法，获得动态模型参数，构建模型结构；最后可原位、无损、无需纯化和单分散蛋白样品来表征复合物结构。

目前较为常用的蛋白质结构分析算法和软件包括，CRYSOL，ORNL-SAS，Fast-SAXS，FOXS，SAXS3D等。无论是通过SAXS实验获得的散射强度曲线的结构和解析，还是通过模拟结构计算拟合实验散射强度曲线来解析蛋白质复合物结构，都是蛋白质或复合物的不同结构对散射强度曲线对具有不同“特征指纹”。

虽然利用从头计算法和不同软件通过对实验散射强度数据曲线的拟合来构建高分辨率三维结构模型，可以进一步确立蛋白质主体结构，另外在从头计算法的基础上，利用球形刚体建模方法将不同结构片段进行重组，对每个组合结构计算散射强度曲线，并与实验获得曲线进行比对，重复结构片段组装与曲线拟合过程，直到获得满意的匹配度，最终获得完整的蛋白结构。在蛋白质与表面活性剂相互作用过程中，由于蛋白溶液浓度与x射线光散射密度较低，而表面活性剂的极性亲水基团和非极性的疏水基团的散射强度较大，表面活性剂的散射强度会覆盖蛋白质的散射强度，在计算和拟合散射曲线获得复合物模型过程中，表面活性剂的散射强度会对结果引入较大干扰和误差，获得的理论结构模型与实际复合物结构差异非常大。

另外，蛋白在某些表面活性剂(如SDS)胶团存在条件下，蛋白呈折叠态，α-螺旋结构增加；但SDS在临界胶束浓度(CMC)以下，蛋白质α-螺旋含量降低、β-折叠结构升高，蛋白呈去折叠态，伴随小球状淀粉质β-多肽聚集体产生。在SDS诱导β-多肽淀粉样纤维化或调控蛋白及多肽聚集作用同样具有双重行为。而且尽管SDS诱导蛋白质或多肽呈现增加的α-螺旋结构折叠态，但长时间的培育作用(几天到几个星期)促进生成纤维体或聚集体，可能复合物通过暴露在外的脂肪酸链的疏水作用而发生聚集作用。SDS诱导球状蛋白质失活及复性过程不同阶段单体复合物和聚集体结构特征。而因为表面活性剂与蛋白质散射强度的较大差异，现有软件及计算方法无法对表面活性剂诱导的蛋白质聚集作用和聚集体复合物模型进行解析。

在蛋白质复合物通用理论模型仍然确实的情况下，基于SAXS建立具有普适性的适用于表面活性剂与蛋白质单体和聚集体复合物结构的理论模型的计算解析方法，具有十分重要的科学意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于SAXS的蛋白质与表面活性剂复合物模型及解析方法，以克服现有技术所存在的上述缺点和不足。

本发明所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现：

作为本发明的第一方面，一种基于SAXS的蛋白质与表面活性剂复合物模型，其特征在于，模型的散射强度表达式为：

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