丙氨酸饱和多肽链折迭的分子动力学模拟.pdfVIP

技术市场 丙氨酸饱和多肽链折叠的分子动力学模拟 王春桦 赵明颖 郜立涛 费腾 (辽宁师范大学物理与电子技术学院 辽宁大连 116029) 摘要：根据丙氨酸饱和多肽链的分子结构，定义了两种不同的刚体结构，然后基于刚体动力学模型采用AMBER和AMOE- BAPRO两种力场对丙氨酸饱和多肽链的折叠进行分子模拟，并将结果同全原子模拟做了比较.研究结果表明利用刚体动力学 模型研究丙氨酸饱和多肽链的折叠不仅与刚体结构的划分有关，还依赖于对力场的选择。 关键词：刚体动力学模型 丙氨酸饱和多肽链 蛋白质折叠 分子力场 分子模拟 蛋白质是生命体系中常见的复杂凝聚体，它不仅是构成 自然界丰富物质形态的基石，还担负着调节控制生命过程的 任务，因此对蛋白质的结构预测是后基因组时代现代生物学 研究的核心问题，具有极其重要的理论价值和应用价值。目 前广泛采用测定蛋白质结构的实验方法有X射线衍射和核磁 共振，但这些方法都有一定的局限性。在这种情况下，计算机 模拟已经被广泛用于研究生物系统的结构及运动状态，如在 应用于研究蛋白质折叠方面已经取得了大量的成果。但目前 人们感兴趣的许多生物现象都发生在毫秒甚至更长的时间 内，而对某些较大生物体系的全原子模拟却难于实现. 为了克 服这一缺陷，许多方法被应用到分子动力学模拟中，如各种粗 图1 两种划分丙氨酸饱和多肽链（以三个残基为例）的结 粒化模型等。粗粒化模拟固然能使计算速度较大提高，但却 构示意图. 刚体结构I中共有7个刚体，分别用“body+ 1…7” 失去了全原子模拟的计算精度，为了在计算速度和精度间达 表示，刚体结构II中有5个刚体，分别用“BODY+I…V”表示。 到合理的平衡，许多方法如刚体动力学模型被应用。刚体动 力学模型的主要特点有：(1) 通过降低计算模拟的自由度和冻 1.2.2刚体动力学模拟 结高频振动来提高计算速度；(2) 对刚体受力的计算是通过对 为了执行刚体动力学模拟，在TINKER输入文件中，笔者首 组成原子受力的矢量运算完成，一定程度上保证了计算精度。 先根据两种划分方式定义了不同的刚体结构，17个丙氨酸的 在对蛋白质折叠的分子模拟中，一般认为不易形成折叠 饱和多肽链的结构I由37个刚体组成，而结构II则由35个刚 结构的主要原因与力场的选择或模拟时间有关，为此本文将 体组成，这两种刚体系统都能形成链状的拓扑结构，为了与全 刚体动力学模型应用于研究力场因素对蛋白质多肽体系在形 原子模拟结果相比较，刚体动力学模拟同样选定在NVT系综下 成 螺旋结构过程中的影响，由于丙氨酸饱和多肽链具有很高 运行，温度恒定为298K，模拟时间同样取200ns，坐标文件每 的螺旋性质，并且在理解蛋白质结构方面起着非常重要的作 用，所以它被广泛的研究。本文选用的研究对象是17个丙氨 1ps保存一次，唯一的不同是刚体动力学模拟所采用的时间步 酸的饱和多肽链. 它的N端和C端分别由两个甲基(CH3)饱和。 长为2fs。 1.模型和方法 2.结果与讨论 1.1刚体动力学模型 研究分子动力学模拟效率的一个常用量是计算相对于参 本文把丙氨酸饱和多肽链划分为两种不同的多体（刚体， 考结构的均方根偏差(RMSD)。本文仅计算了丙氨酸饱和多肽 即原子集合）系统，这里以三个丙氨酸的饱和多肽链为例来说 链中所有重原子（即不考虑氢原子）相对于参考结构随时间变 明这两种刚体结构，如图1所示. 图中所有的肽平面和侧链都 化的均方根偏差，17个丙氨酸的饱和多肽链的标准 螺旋结构 被定义成为刚体，刚体间由化学键链接. 需要强调的是在结构 由SYBYL8.1生成，本文对所有丙氨酸饱和多肽链的模拟轨迹 I中，丙氨酸饱和多肽链末端的两个甲基被单独定义成为刚 都与参考结构进行了比较研究。 体，这是结构I和