溶液相中多肽小分子结构动力学研究

发布时间：2017-08-09 05:19

  本文关键词：溶液相中多肽小分子结构动力学研究

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【摘要】：本文对溶液相中模型二肽分子(甘氨酸二肽、丙氨酸二肽和缬氨酸二肽)进行结构动力学研究,考查了含有不同侧链的模型二肽分子的构象布居特征及处于不同构象下的酰胺振动吸收带光谱表象。在丙氨酸二肽侧链上引入叠氮基,在红外光谱空白区域实现分子动态结构监测并探究叠氮基对二级结构的影响。基于叠氮基丙氨酸二肽构建叠氮基振动频率图,实现对溶液相中叠氮基振动吸收光谱的快速预测。对Aβ37-42肽链进行叠氮基修饰,在实现特定位点光谱监测的同时探索叠氮基对其构象分布的影响。研究结果为揭示影响蛋白质折叠的因素以及借助光谱表象对折叠过程中分子动态结构的监测提供了必要的理论依据。开展分子动力学模拟,系统探索了不同侧链的模型二肽分子在重水中的构象布居特征。研究结果表明：酰胺单元与溶剂间形成较强的氢键作用,倾向形成较为伸展的构象,丙氨酸二肽分子的构象分布区域在叠氮基的引入前后没有发生改变,对处于代表性的特征构象的分子开展量子化学计算,研究多肽骨架酰胺-Ⅰ带对分子结构的敏感性,同时引入在光谱空白区域具有特征吸收的叠氮基,借助其振动模式实现对模型二肽分子的结构监测。以叠氮基丙氨酸二肽分子为研究对象,基于电势、电场、电场梯度三种形式下用于描述溶剂效应构建的静电频率转换图,实现了气相振动吸收频率到溶液相的转化,为溶液相中小分子探针频率的预测奠定了基础。将叠氮基探针应用于Aβ37-42多肽分子体系,探究叠氮基引入对体系的影响。分子动力学模拟结果表明：在Aβ37-42多肽分子中引入叠氮基,分子疏水性增加,分子内氢键作用增强,分子形成疏水空腔的几率增大；与此同时,开展副本交换分子动力学模拟,为增加多肽分子构象的采样效率提供了可能。基于分子动力学模拟,得到了不同二肽分子溶液相中结构布居特性,并结合量化计算构建叠氮基频率图,利用模拟得到红外光谱并实现了对分子结构的指认。为进一步揭示Ap多肽分子聚集机制以及实现溶液相中分子动态结构监测提供了理论依据。
【关键词】：从头算 振动光谱 分子动力学模拟 频率转换图
【学位授予单位】：福建师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O629.72
【目录】：

• 中文摘要2-3
• Abstract3-5
• 中文文摘5-9
• 绪论9-15
• 0.1 蛋白质折叠病及其研究现状9-11
• 0.2 构象态结构动力学研究11-12
• 0.3 静电频率转换图12-15
• 第一章 分子动力学模拟与量化计算简介15-26
• 1.1 分子动力学模拟15-22
• 1.1.1 分子力学力场简介15-17
• 1.1.2 MD模拟步骤17-20
• 1.1.3 周期性边界条件20-21
• 1.1.4 MD模拟系综21
• 1.1.5 径向分布函数21-22
• 1.2 量化计算方法简介22-26
• 1.2.1 分子结构优化23-24
• 1.2.2 振动频率分析24
• 1.2.3 势能分布分析24-26
• 第二章 模型二肽分子在重水溶剂中构象研究26-43
• 2.1 计算方法26-27
• 2.2 甘氨酸二肽、丙氨酸二肽、缬氨酸二肽分子在重水溶剂中分子动力学模拟27-32
• 2.2.1 模型二肽分子动力学模拟及构象布居分析27-30
• 2.2.2 径向分布函数与配位数分析30-32
• 2.3 β-叠氮基丙氨酸二肽在重水溶剂中分子动力学模拟32-35
• 2.3.1 β-叠氮基丙氨酸二肽分子动力学模拟及构象布居分析33-34
• 2.3.2 径向分布函数与配位数分析34-35
• 2.4 不同侧链二肽分子动力学构象分布和光谱分析35-40
• 2.4.1 不同侧链分子动力学构象分布分析35-36
• 2.4.2 不同侧链二肽分子酰胺单元和侧链光谱分析36-40
• 2.5 小结40-43
• 第三章 β-叠氮基丙氨酸二肽叠氮基频率图43-55
• 3.1 计算方法43-44
• 3.2 β-叠氮基丙氨酸二肽分子聚集体频率的计算44-45
• 3.3 电势方法45-47
• 3.4 电场方法47-50
• 3.4.1 空间坐标系的建立48
• 3.4.2 电场的计算48-49
• 3.4.3 电场参数模拟49-50
• 3.5 电场梯度方法50-53
• 3.5.1 电场梯度计算公式50-51
• 3.5.2 电场梯度参数模拟51-53
• 3.6 小结53-55
• 第四章 Aβ_(37-42)多肽分子重水中分子动力学模拟55-67
• 4.1 Aβ_(37-42)、Aβ_(37-42)-N_3重水中分子动力学模拟55-58
• 4.2 Aβ_(37-42)、Aβ_(37-42)-N_3重水溶剂中构象布居58-60
• 4.3 聚类分析60-61
• 4.4 径向函数分布分析61-65
• 4.5 小结65-67
• 第五章 副本交换分子动力学模拟探索67-75
• 5.1 原理和方法67-68
• 5.2 溶剂化模型68-70
• 5.3 副本个数、温度分布、交换概率的确定70
• 5.4 Aβ_(37-42)与Aβ_(37-42)-N_3分子在GB溶剂模型下副本交换分子动力学模拟初探70-75
• 5.4.1 副本个数与副本温度的确定70-72
• 5.4.2 模拟过程72-75
• 第六章 结论75-77
• 参考文献77-91
• 攻读学位期间承担的科研任务与主要成果91-93
• 致谢93-95
• 个人简历95-99

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