基于多组独立模拟加速蛋白质配体结合解离过程以及分子力场水模型对蛋白质溶液结构采样的影响

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生物大分子构象的研究一直是结构生物学乃至生物学上的一个非常重要的领域。随着科技的发展和研究方法的不断更新,现在已经有非常丰富的研究工具可供选择。这些研究工具主要可以分为两类,一类是以X射线晶体衍射,核磁共振技术,冷冻电镜技术等为代表的实验手段。另一类是以分子动力学模拟为代表的计算机模拟方法。随着算力的不断提升和分子力场准确性的不断进步,分子动力学(moleculardynamics,简称MD)模拟在研究生物大分子的结合和解离途径方面显露出巨大优势。然而,当所需要研究的体系较大时,模拟的时间和空间尺度仍然存在巨大的限制。本文开发了一种基于多组独立分子动力学模拟(multiple independent MD,简称MIMD)的增强采样方法用于研究配体的结合和解离过程。我们选择腺苷酸激酶adenylatekinase(AdK)作为研究体系,原因有三:首先AdK作为一种大分子模拟中的模式系统,有非常多的实验数据可以获取,方便模拟结果与实验的比较。其次AdK体系的配体结合解离过程在过去的大量分子模拟中已经获得充分的数据,通过与常规的分子模拟进行直接比较可以看出我们方法的效果。最后AdK体系的大小适中,模拟的时间与空间尺度较为合适。基于AdK系统进行MIMD模拟结果来看,相较于常规的分子动力学模拟,可以获得配体结合解离过程更加充分的采样。在另一个体系中我们的研究对象是噬菌体T4溶菌酶。噬菌体T4溶菌酶也是模式体系,其结构的主要特点是C端与N端的结构域口袋的开闭与其生物活性紧密相关,该蛋白口袋的两端通过α螺旋相连接,此模拟体系包含164个氨基酸,大小适中方便研究。为了测试对模拟空间采样的准确性,我们尝试了多组力场与水模型的组合。同时我们将模拟数据与X射线小角散射(SAXS)结果比较。经过初步的研究发现,RSFF2+/TIP4P-D和A99SB-disp可能是比较好的力场选择。
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