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董云伟团队关于蛋白质温度适应性研究成果在《美国科学院院报》发表
作者:MEL   来源:MEL   日期:2018/1/23   浏览:6987   返回上页

我实验室董云伟教授与斯坦福大学George N. Somero 教授等学者合作开展了海洋软体动物蛋白质温度适应机制的研究。2018年1月23日,研究成果以“Structural flexibility and protein adaptation to temperature: Molecular dynamics analysis of malate dehydrogenases of marine molluscs”(蛋白质温度适应及结构的柔性:海洋软体动物细胞质苹果酸脱氢酶的分子动力学分析)为题,在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS)(《美国科学院院报》)在线发表,揭示了软体动物细胞质苹果酸脱氢酶(cMDH)结构稳定性和功能适应性的趋同进化模式(论文链接:http://www.pnas.org/content/early/2018/01/17/1718910115.full)。

为适应不同的生境温度,酶分子需要保持稳定性(Stability)和柔性(Flexibility)之间的平衡,在一定温度范围内,既保证结构的稳定性同时维持酶的催化活性,这是生物对环境温度的长期进化适应。在高潮间带耐高温贝类中,cMDH局部柔性的增长使酶在较低的温度下能维持催化功能,并在高温条件(> 55 °C)保持结构稳定和催化功能。该研究以具有不同水平(纬度跨度达40 °)和垂直(从高潮间带到低潮间带)分布、生境原位温度跨度达60 °C的五个属12种海洋软体动物为研究对象,结合生化实验手段和计算机模拟实验方法,进一步定量测定了cMDH稳定性和柔性变化程度。研究发现,随温度升高,冷适应蛋白质稳定性和活性下降趋势更明显。蛋白质骨架原子热诱导运动程度(RMSD)与生物适应温度之间存在显著的负相关关系;当温度从15 °C升至42 °C,柔性变化(RMSF) > 0.5Å的氨基酸残基数随生物适应温度升高而降低。此外,该研究还定位了海洋软体动物cMDH温度适应性变化发生的位点/区域,指出了氨基酸序列变异位点对其的“远端效应”。

图. (A) 具有不同水平和垂直分布、生境原位温度迥异的海洋软体动物具有不同的热耐受性;

(B) 随温度升高,冷适应物种cMDH表现出更明显的稳定性和活性下降趋势,与物种的热耐受性对应;

(C) 蛋白质骨架原子热诱导运动程度(root mean square deviation, RMSD)与生物适应温度之间存在显著的负相关关系;

(D) 当温度从15 °C升到42 °C,柔性变化(root mean square fluctuation, RMSF)> 0.5Å的氨基酸残基数随生物适应温度升高而降低。

该研究分析了海洋软体动物在生化水平上的温度适应策略,有助于进一步了解生物对温度的适应机制;对于查明环境温度对生物分布的影响及其机制,预测气候变暖的生态学效应具有重要意义。

该研究得到了国家自然科学基金项目(项目编号:41776135、41476115)及福建省杰出青年基金(2017J07003)资助。

董云伟教授个人主页:http://mel.xmu.edu.cn/teacherfile.asp?tid=353。




厦门大学海洋与地球学院
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