论文部分内容阅读
分子动力学模拟是一种基于牛顿经典力学,模拟分子的运动状态,并对分子的运动过程进行采样、处理和分析,从而得到分子宏观性质的方法。分子动力学模拟的精确程度由定义其所采用的力场和算法的原始数据所决定。而这些原始数据来源于物理、化学方面的相关实验结果。不同于有机小分子,生物大分子的复杂性大大增加。所以对于生物大分子的模拟很多情况下是一种近似手段。不过,随着计算机技术的飞速发展和量子力学模拟的加入,适用于不同目的的新的力场和新的算法不断出现,已有算法和力场也在不断完善和更新,生物大分子的动力学性质也被越来越精确的模拟。另一面,生命科学的每一次发展都与新实验技术的出现紧密相关,同时,生命科学的研究也严重受制于生命科学实验技术的局限性。生命科学实验大多只能检测到分子水平的生命科学现象,它们大多是众多微观现象在某一时间段的集合,是一种相对静态的性质。这对于一些要观测微观动态现象的生命科学实验来说,比如说蛋白质折叠,明显困难重重。而分子动力学模拟作为一种计算机技术手段,不受制于实验条件和环境的约束,可以按想研究人员理想的方案进行模拟。更重要的是,分子动力学模拟可以在原子的水平上观测生物大分子的动力学性质。由这些原子水平上的数据,研究人员可以处理分析得到相应的生物大分子的宏观性质或预测相应的实验结果,从而对生命科学实验结果给出合理的解释或做出实验方案的指导。本文叙述了两个分子动力学模拟在生命科学研究方面的两个简单应用。第一个应用是人源vinexin中三个SH3结构域的第一个,在不同的力场、水模型和组氨酸质子化状态的组合中,其主链N-H键广义序参数(S2)与NMR实验所得的广义序参数的比较。我们先是对SH3在联合原子力场Gromos9653a6与不同水模型和组氨酸质子化状态的组合下计算其主链N-H键广义序参数,观察其与NMR实验相应结果的吻合度,最终发现在Gromos9653a6、SPC/E和三个组氨酸都带电的组合下的结果与NMR实验结果吻合度最高。而后我们又做了SH3中三个组氨酸都带电的情况下在三种全原子力场及其相应水模型中,其广义序参数与NMR实验结果的比较。从中我们发现全原子力场并没有给出比联合原子力场更好的结果。这说明不同的力场、不同的水模型对模拟结果的影响之大。另一个应用是模拟MycP1的前肽对其酶活性的影响。我们分别模拟了带前肽(MycP124-422)和不带前肽(MycP163-422)两种体系20ns的运动状态。最终分析时选取了5ns至15ns之间的数据。模拟结果显示MycP1的前肽并不像目前已知的同家族蛋白那样作为酶活性的开关,而是具有稳定酶活性中心结构的作用,从而影响酶活性。