固有无序蛋白结构系综的分子动力学模拟研究
发布时间：2021-09-03 19:57
固有无序蛋白是一类缺乏稳定构象的蛋白,在人体的众多的生理过程中发挥重要的功能。固有无序蛋白不能用固定的构象来描述,而必须用很多不同构象组成的结构系综来表示。目前,有很多实验能够检测固有无序蛋白的结构特性,但由于实验条件的约束以及固有无序蛋白本身的无序特性,使得实验观察在固有无序蛋白存在一定的限制。分子动力学模拟是一种能从原子尺度上模拟分子结构及物理化学性质的方法,能很好地描述固有无序蛋白结构系综中的关键态和动态变化过程。目前分子动力学模拟是研究固有无序蛋白的重要手段,与实验方法相辅相成。分子动力学模拟研究固有无序蛋白的结构系综对于研究固有无序蛋白的功能具有十分重要的意义。目前分子动力学主要面临着力场精确性和采样效率的问题。提高采样效率需要开发增强采样的方法,例如副本交换方法和多元动力学Metadynamics方法。本论文中我们用到的是温度副本交换方法和偏置交换多元动力学BE-META方法。其中温度副本交换方法主要原理是高温比较容易跨越自由能面上的能垒,而BE-META方法是结合副本交换方法和Metadynamics方法的一种增强采样方法。分子动力学模拟结束后可以分析蛋白的二级结构、自由...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所)湖北省
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２不同氨基酸在有序和无序蛋白的占比的比较??
固有无序蛋白结构系综的分子动力学模拟研究??１〇１??Ｕｎｆｏｌｄｅｄ??｜〇，｜＼??＾?＾?Ｐａｒｔｉａｌｌｙ?ｕｎｆｏｌｄｅｄ??〇．〇?Ｉ??００?０?１?０－２?０．３??ｑ?（Ａ＇１）??图１．３?Ｋｒａｔｋｙ图不同形状的曲线表征蛋白质无序性的示意图［４５］??（３）圆二色（ＣｉｒｃｕｌａｒＤｉｃｈｒｏｉｓｍ，ＣＤ）光谱??圆二色光谱与ＮＭＲ—样，能提供溶液中的蛋白质的结构信息。圆二色光谱??按照波长范围可以分为远紫外?ＣＤ（ｆａｒ－Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ?Ｃｉｒｃｕｌａｒ?Ｄｉｃｈｒｏｉｓｍ，ｆａｒ－ＵＶ?ＣＤ）??光谱和近紫外?ＣＤ?（ｎｅａｒ－ＵｌｔｒａｖｉｏｌｅｔＣｉｒｃｕｌａｒＤｉｃｈｒｏｉｓｍ，ｎｅａｒ－ＵＶＣＤ）光谱两类：??远紫外ＣＤ光谱位于２５０?ｎｍ以下的远紫外光谱区，近紫外ＣＤ光谱位于２５０－３５０??ｍｎ的近紫外光谱区。远紫外ＣＤ光谱根据谱图曲线可以得到蛋白质的二级结构，??其中固有无序蛋白在圆二色光谱图上一般会在２００?ｎｍ以下有一个极小值［４２］。不??同的二级结构对应的光谱图的曲线的形状如图１．４所示。根据该光谱图可以推测??蛋白质是否无序。而近紫外ＣＤ光谱主要由侧链芳香基团的电子跃迁引起的，反??映芳香族残基所处的环境，因而可以从一定程度上反应蛋白质的三维结构。有序??蛋白在近紫外ＣＤ光谱上有较强的谱峰，而固有无序蛋白在近紫外ＣＤ光谱上谱??峰强度会减弱或消失［４２］。??其他测定固有无序蛋白的方法还有很多，包括单分子荧光共振能量转移方法??（ｓｉｎｇｌｅ－ｍｏｌｅｃｕｌｅ?Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ?Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ?Ｅｎｅｒｇｙ?Ｔｒａｎｓｆｅｒ，?ｓｍＦＲＥＴ）、
Ｏｆ?—??§／＼??＾?§?＼??：２?〇?＼??？ｍｍ?Ｊ?Ｈ?？？?１＾?？？．－＾??ｍａｍ?？?．■＇．?ｉ．?｜?ｓ??？?／?ｖ＼??—?＼?＼?丨丨丨一丨■■＿■■??Ｃ３?Ｃ３?．ｐ？?ｍ?？ｓｗｔ?：ｍｍ?爾?＾ｅｓｗ?？＊？％?ｗａｙ？＾ｇ?ｍｍ?ｍｍ?ｍｍ?帽卿．．Ｍｉ．ｕ＂ａ，?ｍｍ？?ａｗ＊??Ｓｇ?＼??ＩＩ?ｉｉ？ｒｆ．ｌｅｒｅｉｌ??１８５?２００?２１５?２３０?２４５??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｎｍ）??图１．４圆二色光谱表征蛋白质无序性的示意图［４２］??１．１．５固有无序蛋白与分子动力学模拟??全原子分子动力学模拟（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ?Ｄｙｎａｍｉｃｓ，?ＭＤ）可以用来研究固有无序??蛋白，且其在研宄固有无序蛋白中相比实验方法有非常多的优势。尽管目前有很??多实验方法可以用来判定蛋白是无序的还是有序的，也有一些实验方法能测定固??有无序蛋白的相关结构信息，但实验方法受实验条件的约束，仍然有很多观测不??到的信息。全原子分子动力学模拟作为一种理论方法，其最大的优势在于不受实??验条件的约束，可以同时研宄全长和一段蛋白［４６＾］，可以研宄不同环境下的蛋白??如膜环境或酸性环境［４９＿５２］，还可以研究蛋白与蛋白的相互作用［５３＿５６］。此外，由于??固有无序蛋白没有固定的三维结构，是以结构系综的形式存在的，因此普通实验??方法难以得到固有无序蛋白整体的结构系综和关键的中间态，而分子动力学模拟??的方法为研究固有无序蛋白的这些结构性质提供了有力的工具。固有无序蛋白的??二级／三级结构、长程相互作用、蛋白－蛋白相互作用、氢键和许多其他结构特征??
本文编号：3381764
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院武汉物理与数学研究所)湖北省
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２不同氨基酸在有序和无序蛋白的占比的比较??
固有无序蛋白结构系综的分子动力学模拟研究??１〇１??Ｕｎｆｏｌｄｅｄ??｜〇，｜＼??＾?＾?Ｐａｒｔｉａｌｌｙ?ｕｎｆｏｌｄｅｄ??〇．〇?Ｉ??００?０?１?０－２?０．３??ｑ?（Ａ＇１）??图１．３?Ｋｒａｔｋｙ图不同形状的曲线表征蛋白质无序性的示意图［４５］??（３）圆二色（ＣｉｒｃｕｌａｒＤｉｃｈｒｏｉｓｍ，ＣＤ）光谱??圆二色光谱与ＮＭＲ—样，能提供溶液中的蛋白质的结构信息。圆二色光谱??按照波长范围可以分为远紫外?ＣＤ（ｆａｒ－Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ?Ｃｉｒｃｕｌａｒ?Ｄｉｃｈｒｏｉｓｍ，ｆａｒ－ＵＶ?ＣＤ）??光谱和近紫外?ＣＤ?（ｎｅａｒ－ＵｌｔｒａｖｉｏｌｅｔＣｉｒｃｕｌａｒＤｉｃｈｒｏｉｓｍ，ｎｅａｒ－ＵＶＣＤ）光谱两类：??远紫外ＣＤ光谱位于２５０?ｎｍ以下的远紫外光谱区，近紫外ＣＤ光谱位于２５０－３５０??ｍｎ的近紫外光谱区。远紫外ＣＤ光谱根据谱图曲线可以得到蛋白质的二级结构，??其中固有无序蛋白在圆二色光谱图上一般会在２００?ｎｍ以下有一个极小值［４２］。不??同的二级结构对应的光谱图的曲线的形状如图１．４所示。根据该光谱图可以推测??蛋白质是否无序。而近紫外ＣＤ光谱主要由侧链芳香基团的电子跃迁引起的，反??映芳香族残基所处的环境，因而可以从一定程度上反应蛋白质的三维结构。有序??蛋白在近紫外ＣＤ光谱上有较强的谱峰，而固有无序蛋白在近紫外ＣＤ光谱上谱??峰强度会减弱或消失［４２］。??其他测定固有无序蛋白的方法还有很多，包括单分子荧光共振能量转移方法??（ｓｉｎｇｌｅ－ｍｏｌｅｃｕｌｅ?Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ?Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ?Ｅｎｅｒｇｙ?Ｔｒａｎｓｆｅｒ，?ｓｍＦＲＥＴ）、
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本文编号：3381764
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