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金属离子广泛参与生命过程，发挥各种重要生物学功能。利用(重)金属离子和(重)金属结合蛋白或结合肽之间存在的强亲和能力特性和表面展示技术进行环境重金属污染修复、肿瘤等疾病的治疗和(重)珍贵金属生物采矿等的应用已成为近年来相关领域重要的研究热点。获得高亲和力的金属结合肽及其深入研究金属结合肽-金属离子的互作，是当前该领域研究热点中的热点，众多研究利用各种实验技术和计算机模拟技术进行这个方面的工作，取得了不错的进展，但还远远不够。
本研究利用固定化金属离子亲和层析(IMAC)树脂技术和噬菌体随机十二肽库筛选Cd2+特异性结合的多肽，分析多肽序列，寻找Cd2+结合肽的模式序列；对筛选得到的Cd2+结合肽进行细菌金属解毒实验，确定其解毒作用；利用分子动力学和量子化学等技术进行计算机模拟以初步研究分析结合多肽与重金属离子互作，以便为高亲和力的金属结合肽的获得及金属结合肽-会属离子的互作研究工作提供进一步的了解和参考。
本研究应用固定化金属离子亲和层析(IMAC)树脂技术和噬菌体随机十二肽库筛选，采用Gly(甘氨酸)洗脱液从丝状噬菌体十二肽库中筛选和富集重金属结合肽，GeneBank Blast对所得Cd2+结合肽寻找同源序列。测定噬菌体单克隆对重金属离子Cd2+、Ni2+等的相对亲和力。利用E.coli抑菌圈实验测定含Cd2+结合肽的噬菌体对重金属离子(Cd2+、Ni2+)的抑菌解毒作用。在这些工作的基础上，应用DS软件包和Gaussian03软件包进行结合肽-金属互作初步研究分析。利用DS的MD和分子配对CDOCKER程序进行多肽的分子动力学模拟、就静电力和范德华力等非键作用分析多肽和金属离子的互作、利用Gaussian03软件包来进行多肽与会属离子可能形成的配位键计算分析。
研究结果显示：经Gly洗脱和四轮筛选，测序共得到六条序列，序列分析未发现模式序列，GeneBank Blast未发现其与已知的金属蛋白或结构域存在着任何同源性。Cd2+结合肽含有多个His，含有较多Ser，不含有Cys。计算机模拟研究分析表明：金属离子倾向于与多肽分子中的O原子、N原子和S原子相互作用。多肽中相邻两个氨基酸残基由于空间构象限制因素，同时参与和金属离子形成配位化合物的可能性极小。Ni和Cd更倾向于与S原子形成配位化合物，其次为咪唑基N原子＞水分子的O原子＞羰基O原子。Ni2+和Cd2+形成的配位化合物稳定性：Ni2+＞Cd2+，结果与二价离子Irwing-Williams序列一致。当二肽HH与Cd形成配合物时，二肽HH上两个咪唑基N原子均分别形成配位化合物，与二肽HH上只有一个咪唑基N原子形成配位化合物相比，前者更易形成。
通过以上工作，初步获得以下几点结论：
1.应用固定化金属离子亲和层析树脂和噬菌体展示技术，从丝状噬菌体随机十二肽库中获得一组Cd2+结合多肽序列和目的噬菌体克隆，其中组氨酸残基在Cd2+结合肽中占有很高的比例，丝氨酸残基较多，不存在半胱氨酸残基；
2.通过目的噬菌体单克隆与固定化金属离子亲和层析树脂的亲和测定，筛选得到Cd2+结合肽对Cd2+螯合树脂具有不同的亲和力，其中结合肽K-3-2和K-4-2的亲和力相对较强；
3.抑菌圈实验表明Cd2+结合肽对Cd2+和Ni2+均有解毒作用，对Ni2+的解毒作用大于对Cd2+的解毒作用；
4.量子化学从头计算结果表明：Cd2+与R2S、RSH、RS-形成的配合物稳定性大于与咪唑形成的配合物稳定性。
5.计算机模拟分析表明，Ni2+和Cd2+形成的配位化合物稳定性为Ni2+＞Cd2+；金属结合多肽均富含组氨酸或半胱氨酸，但可能由于多肽构象等因素限制原因，并不是所有组氨酸(或半胱氨酸)同时参与形成配位化合物。