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近些年来,过度使用抗生素使得细菌等微生物的抗药性逐渐增强,甚而导致了一些抗性很强的超级细菌的出现,这使得人们希望尽快找到比传统抗生素更有效的抗菌药物。人体抵御外来病原菌侵袭的第一道防线是天然免疫,内源性抗菌肽是机体第一道防线的重要组成部分,在宿主免疫防御反应中起着相当重要的作用。生物体内广泛存在的抗菌肽由于其具有天然抗菌特性,且对生物体毒副作用小,有望作为新一代抗菌药物而得到了广泛的关注。人体的抗菌肽Cathelicidin家族中目前只有抗菌肽LL-37一种,同时LL-37也是人体内独有的存在双亲性α螺旋结构的抗菌肽。抗菌肽LL-37具有广谱抗菌作用,广泛分布在人体的血液细胞和上皮细胞中。抗菌活性依赖其螺旋构象的形成,而大量实验表明其螺旋构象又受到酸碱度、溶液中阴离子等溶剂因素的影响。 分子动力学模拟是实验研究的有效增补方法,也是研究生物大分子结构与功能关系方面重要工具。本文利用分子动力学模拟方法,研究了溶液酸碱度pH值和阴离子对抗菌肽LL-37的结构特征的影响。选择OPLS-AA全原子力场和充分含水模型进行常规分子动力学模拟,研究了不同pH值下抗菌肽LL-37的结构特征,研究了阴离子CL-环境下抗菌肽LL-37动力学和热力学性质。力图通过模拟研究,从分子水平进一步揭示溶液pH和离子环境的变化影响抗菌肽LL-37结构变化的微观机制。研究结果表明: (1)溶液pH对抗菌肽LL-37结构变化的影响 通过对模拟得到的构象系综进行分析发现,在中性环境下N端已形成一段相对稳定的螺旋结构,随着溶液碱性的增强,在强碱性环境下行使抗菌功能的核心区域也形成稳定的螺旋结构。N端不参与抗菌活性,但可以通过形成聚合物使肽链免于被蛋白酶降解,这意味着LL-37的结构首先保证自身不被降解,然后是行使生物功能。溶液pH逐渐增大,LL-37产生螺旋结构的含量随之增加,结构的稳定性增强,但同膜环境下的结构相比,还有一定差距。这意味着LL-37螺旋的形成及其与膜的结合是协同进行的,溶液中存在的部分螺旋结构,可降低LL-37与膜结合时构象转换的能量壁垒。 (2)阴离子对抗菌肽LL-37结构的影响 与未加阴离子模拟结果相比,在溶液中加入氯阴离子后,LL-37的二级结构发生显著变化,结构所含的螺旋结构减少,形成Turn结构的几率却显著增加了。但核心区的螺旋结构仍然存在,从侧面说明了核心区对抗菌肽LL-37发挥抗菌功能的重要性。 本论文主要内容分为五个部分。第一部分为绪论,主要介绍抗菌肽与抗菌肽LL-37、抗菌肽LL-37的分子结构和在先天免疫中的作用、影响抗菌肽LL-37结构变化的因素。第二部分为分子力场与分子动力学模拟介绍,主要介绍了分子动力学模拟及其原理、分子力场、GROMACS软件,以及分子动力学模拟的应用和发展。第三部分研究了溶液酸碱度pH对LL-37结构的影响,第四部分研究了阴离子对LL-37结构的影响。第五部分为总结及展望。