结构生物学2-大分子模拟.pptVIP

第二章 结构生物学的研究方法 生物大分子的计算机模拟 第一节 生物大分子的计算机模拟 生物大分子的计算机模拟方法 蛋白质三维结构的模建 核酸结构的模拟 生物大分子的计算机模拟方法 量子力学 分子力学 分子动力学 概率统计＋热力学统计物理 量子力学 量子力学是微观世界物质运动的普遍规律 一个分子体系的状态可以用Schrodinger方程来表示，通过求解Schrodinger方程可以得到分子体系的结构和性质 量子力学的计算方法： 从头计算； 密度泛函理论； 半经验计算方法 量子力学方法的特点： 计算结果精确度高，限于计算机的计算能力，能够计算的体系小 从头计算方法：100个原子；半经验计算：1000-10,000个 目前，生物大分子体系还不能只用量子力学方法模拟，但与分子力学和分子动力学结合后发展了一些新的方法 分子力学 分子力学是一种近似处理方法 忽略电子的运动，将体系的势能看作是原子核位置的函数 力场：分子体系的势能函数 分子的势能 = 键伸缩能 + 键角扭曲能 + 扭转势能 + 非键相互作用项 函数形式和参数 力场是经验的 “原子”的定义 特点： 针对局域能量极小，不是整个系统 能够计算含有大量原子的体系 简单有效，目前应用得最广泛 分子动力学 分子动力学是建立在牛顿力学基础上的一种分子模拟方法 将分子体系的运动看作是在势能面中质点的运动，求解运动方程可得到体系中所有原子的轨迹，从轨迹中可计算得到各种性质 特点：可以有哪些信誉好的足球投注网站很大的构象空间，模拟时间在纳秒级 应用 分子模型的动力学变化研究 大分子体系低能构象的模建 X射线晶体学和NMR中的结构优化 第一节 生物大分子的计算机模拟 生物大分子的计算机模拟方法 比较建模(comparative moddeling method); 反向折叠法 (inverse folding or threading); 从头预测法 (ab initio prediction method) 蛋白质三维结构的模建 核酸结构的模拟 蛋白质三维结构的模建 模建（modeling） 蛋白质结构的基本概念 蛋白质结构预测的从头计算 同源和比较模建方法 蛋白质折叠类型识别法 蛋白质二级结构预测 蛋白质结构预测方法准确性的评估 应用实例 模建（modeling） 蛋白质的三维结构模建是从氨基酸序列出发理论预测蛋白质的三维结构 模建研究的意义 中心法则的延伸—第二遗传密码 蛋白质结构测定的速度远远落后于序列测定的速度，使理论预测的方法成为一种迫切的需要 蛋白设计、药物开发 到2007年3月，已知的蛋白质序列超过60万条，而测定了三维结构的蛋白质仅为4万多个 蛋白质三维结构的测定已经成为生命科学发展的“瓶颈” 蛋白质结构的基本概念 蛋白质的二级结构单元 a螺旋 b折叠股（b-strand）和b折叠片（b-sheet） 环（loop） b-转角（b-turn） 蛋白质的结构可以通过旋转键的扭角来确定 主链扭角：f, y, w 侧链扭角：c1, c2, … 蛋白质的三维结构 蛋白质的二级(Secondary)结构是指肽链的主链在空间的排列,或规则的几何走向、旋转及折叠。它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。（即多肽链本身的折叠和盘绕方式） 主要有?-螺旋、?-折叠、?-转角 Secondary Structural Elements ?a-helices ??-sheets Turns Random coil (its neither!) ?-螺旋 ?-helix 在?-螺旋中肽平面的键长和键角一定； 肽键的原子排列呈反式构型； 相邻的肽平面构成两面角； ?-螺旋 多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转，形成螺旋结构，螺旋一周，沿轴上升的距离即螺距为0.54nm,含3.6个氨基酸残基；两个氨基酸之间的距离为0.15nm; 肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，第一个氨基酸残基的酰胺基团的-CO基与第四个氨基酸残基酰胺基团的-NH基形成氢键。 蛋白质分子为右手?-螺旋。 ?-折叠 ?-折叠是由两条或多条几乎完全伸展的肽链平行排列，通过链间的氢键交联而形成的。肽链的主链呈锯齿桩折叠构象 在?-折叠中，?-碳原子总是处于折叠的角上，氨基酸的R基团处于折叠的棱角上并与棱角垂直，两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm； ?-折叠 ?-折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；也可以在同一肽链的不同部分之间形成。几乎所有肽键都参与链内氢键的交联，氢键与链的长轴接近垂直。 ?-折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的N-端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反。 ?-sheets ?-sheets ful