中文摘要：

小分子醇和糖等含羟基类渗透剂是一类重要的蛋白质稳定剂和折叠助剂，有些（如海藻糖、甘油等）已应用于辅助蛋白质折叠复性和稳定化，但其作用的分子机理尚不清楚。针对此问题，本研究以羟基渗透剂稳定蛋白质的分子机理研究为目标，选择蛋白质的基本结构单元（氨基酸、多肽）和具有代表性的蛋白质作为研究对象，利用分子动力学模拟和实验研究（微量量热、荧光光谱、圆二色光谱和自相互作用色谱）相结合的研究方法，从分子层面、热力学性质和宏观结构转换等方面解析羟基渗透剂-蛋白质之间的相互作用，探索羟基渗透剂稳定蛋白质的关键作用位点及其作用规律，从而从多角度解析羟基渗透剂稳定蛋白质的作用机理；在此基础上，采用分子动力学模拟方法设计新型蛋白质稳定剂，提高蛋白质稳定化效能，促进蛋白质折叠复性收率的提高。研究结果对羟基渗透剂稳定蛋白质的机理认识和高效蛋白质稳定剂和折叠助剂的开发应用具有重要的理论意义和实际应用价值。

结论摘要：

含羟基类渗透剂是一类常用的蛋白质稳定剂，主要包括小分子糖和醇。以解析含羟基类渗透剂稳定蛋白质的分子机理为目标，在含羟基类渗透剂对蛋白质的稳定化方面开展了系统研究。首先，利用分子动力学模拟解析获得了含羟基类渗透剂稳定蛋白质的作用机理，首次发现了含羟基类渗透剂的分子体积与其稳定蛋白质的能力密切相关。利用分子动力学模拟解析获得了海藻糖抑制蛋白质脲变性的分子机理，发现海藻糖通过氢键和脲发生作用并和脲一起被蛋白质优先排阻，从而降低了脲对蛋白质的变性作用。在此基础上，利用Stopped-flow荧光光谱仪解析获得了海藻糖抑制蛋白质脲变性的热力学和动力学方面的详细信息，发现在高浓度海藻糖溶液中蛋白质的脲变性展开途径由双阶段变为单阶段，且其速率常数和振幅均随海藻糖浓度增加而降低。进而研究了海藻糖对蛋白质酸变性的热力学和动力学特性，研究表明在高浓度海藻糖溶液中，蛋白质酸变性的展开途径由三阶段变为双阶段，其速率常数随海藻糖浓度的增加而降低。此外，详细解析了海藻糖和盐协同抑制蛋白质酸变性的热力学和动力学方面的详细信息。在含羟基类分子抑制蛋白质聚集方面，选择有代表性的含羟基类分子海藻糖和表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)为目标分子，研究了上述分子对阿尔茨海默病的致病蛋白淀粉质β-蛋白（Aβ）构象转换和聚集的分子机理。探明了海藻糖分子抑制Aβ42构象转换的分子机理，发现海藻糖的优先排阻作用是其抑制Aβ42构象转换的主要原因。而EGCG则是通过排除蛋白质表面的水分子而与Aβ42发生直接相互作用，从而抑制Aβ42的构象转换。此外，EGCG和Aβ42之间的作用力主要为非极性相互作用，而极性相互作用的贡献很小；并进一步利用自由能分解方法解析获得了EGCG与Aβ42之间相互作用的关键残基。EGCG与Aβ42之间相互作用的热力学分析表明，EGCG与Aβ42的结合过程以疏水相互作用和氢键共同主导，且相互作用会随着它们浓度的变化而变化。并解析了Aβ17-42五聚体的分子间相互作用，发现非极性相互作用主要由多肽的主链和九个疏水残基的侧链提供，而静电相互作用却主要由疏水残基的主链和带电残基的侧链所提供。上述研究成果已发表SCI收录学术论文14篇，申请国家发明专利2项。