大豆蛋白结构柔性与界面功能的构效关系研究

Soybean protein contains structural flexible regions with special composition and distribution, which influence folding/unfolding, subunit aggregation/dissociation and expression of interface function of soybean protein. The present project focused on soybean protein aims to investigate certain bottleneck problems, such as unknown flexible regions localization, and unclear cognition about conformational mobility of interface function expression. The project applies the concept of “spatial conformation-structural flexibility-interface functional expression” with the help of cross molecular dynamics, structural chemistry, biochemistry theory, and spectroscopic techniques. Through modeling the structural flexibility of soybean protein, locating flexible regions, and representing its structural characteristics, the connections between flexibility/rigidity interval and feature structure in soybean protein could be identified. In addition, the interfacial adsorption rule of soybean protein, the protein aggregation morphology and distribution characteristics in the interface, the difference in interface performance, structural rearrangement of soybean protein in the process of flexible diastolic are to be systemically investigated. As such, the structural rigid/flexible transformation, interval migration, and deformation is to be analyzed. It is of great importance to understand the structural flexibility of soybean protein and related interface function, and it could be served as a theoretical guideline for designing the molecular regulation of soybean protein and developing special-purpose soybean products.

大豆蛋白存在结构柔性区间，结构柔性区间的组成分布部分影响蛋白质结构折叠/解折叠、亚基聚合/解离等行为，进而影响蛋白界面功能的表达。但现今研究存在大豆蛋白柔性区间定位不明、从构象运动性角度对界面功能的解析认识不清等瓶颈问题。本项目以“空间构象-结构柔性-界面功能表达”的研究理念，集成交叉分子动力学、结构化学及生物化学等理论，联合光谱色谱学技术。拟通过大豆蛋白结构柔性建模，定位大豆蛋白柔性区间及表征大豆蛋白结构柔性特征，解析大豆蛋白柔性及刚性区间与特征结构关系；探析大豆蛋白界面吸附规律、表征界面处蛋白聚集形态及分布特征、比对大豆蛋白界面性能差异，表征大豆蛋白柔性舒张过程中的结构重排规律、结构刚/柔性转变、刚/柔性区间迁移及形变规律，最终明确大豆蛋白结构柔性与界面功能的构效关系，为大豆蛋白分子设计调控及专用型大豆蛋白产品开发提供理论基础。

蛋白质的空间三维结构是其生化功能及细胞功能的基础，通过蛋白质的三维结构可以了解蛋白质的生物角色、分子间相互作用等重要特征。天然蛋白质结构不是静止不动的，它的随机运动造成蛋白质侧链构象转变，使蛋白质表现出一定的结构柔性，在不同环境条件下，实现其功能的多样性。蛋白质的柔性区间一般可以理解为在蛋白质分子中的空间结构中，易于发生改变的部分，结构柔性区间的组成分布部分影响蛋白质结构折叠/解折叠、亚基聚合/解离等行为，进而影响蛋白界面功能的表达。现有研究并未准确定位大豆蛋白柔性区间分布，且未清晰描述出柔性结构的形态。另外，对大豆蛋白分子折叠的具体过程尚未了解。本项目通过比对大豆蛋白质的序列信息和晶体结构数据库，模拟预测大豆蛋白结构的三维形态，通过比对大豆蛋白主链有序结构排布、侧链基团微环境、亚基组成及刚/柔性区间分布，解析刚/柔性区间在大豆蛋白特征结构内的分布规律；建立不同离子强度、pH、热处理条件下的蛋白质液/液及气/液界面模型，探析大豆蛋白界面吸附规律、表征界面处蛋白聚集形态及分布特征、比对大豆蛋白界面性能(乳化性、起泡性及成膜性)差异；基于光谱、色谱技术及热力学理论，解析界面吸附大豆蛋白亚基组成、主链规则性构象特征、结构折叠/解折叠行为、分子内/间作用形式，通过研析蛋白主链骨架扭转、铰链变形及分子侧链的局部运动规律，解析大豆蛋白界面吸附舒张过程中的结构刚/柔性转变、刚/柔性区间迁移及形变规律，明确大豆蛋白结构柔性与界面功能性构效关系，为大豆蛋白分子设计调控及专用型大豆蛋白产品开发提供理论基础。