室温下的小蛋白折叠研究

来源 :山东师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:huming_72
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蛋白质折叠是一个多学科的交叉研究领域,其中涉及到分子生物学、物理学、化学等.由简单的一级结构折叠成为特定的三维空间结构,其中有许多原因(如压强、温度、溶剂效应等)导致蛋白质的错误折叠以至于引发多种疾病,如疯牛病、老年痴呆、帕金斯病等.研究蛋白质折叠机理可以为药物设计和预防疾病作出重要贡献.  研究蛋白质的折叠,除了利用多种实验技术如X-射线晶体衍射、核磁共振光谱、电镜三维重组、扫描隧道显微技术等外,近年来采用的理论与计算机相结合的计算机模拟技术也起到了不可替代的作用.随着计算机能力的不断提升,全原子分子动力学模拟也得到了广泛的应用,尤其广泛应用于研究蛋白质折叠和计算药物-抑制剂的结合自由能等方面,它可以提供丰富的原子水平的细节信息.  为了更加精确细致地了解蛋白质分子结构的变化过程,计算机模拟方法比传统的理论方法和实验方法有很多显著的优势.蛋白质体系非常庞大,是一个多粒子体系,化学键和许多相互作用的存在,其基元间又存在复杂的相互关联.绝大多数蛋白质由一条完全伸展的肽链折叠成为具有独特空间结构、有生物活性的蛋白质,并不是一蹴而就的,在折叠过程中要出现许多个折叠中间态.许多研究人员采用实验的方法追踪蛋白折叠的整个过程,想尽可能地观察捕捉到此过程中每个中间状态,这是一个非常大的工程.由于不同时间段的折叠速率有所不同,有的相对慢一点,容易被发现.也有的相当快,这就需要采用某些测试技术再配合特殊设备去研究。因此,人们要把描述蛋白质从其线性结构到折叠结构的动态过程,拍成一部直观的电影,必然要经过一个长期的艰苦工作.近几年比较受欢迎的计算机模拟中的分子动力学模拟就可以解决这个问题,通过分析动力学演化轨迹就可以清晰的看到整个折叠的动态过程,通过某些软件(如VMD软件)就可以将蛋白质折叠拍成一部小电影,从而节省了人们的工作时间.  蛋白质折叠的计算机模拟研究是研究从蛋白质的氨基酸序列出发预测蛋白质空间结构必经的一步,能够使我们更好地了解蛋白质结构的形成过程以及蛋白质结构与功能之间的关系,而且对功能蛋白设计和药物研制也具有重要的影响.因此,这方面的研究已引起了人们的广泛重视,成为现代药物学、生物信息学及其许多相关研究邻域中的热点.  具有明确结构的小蛋白在蛋白质折叠研究中具有非常重要的地位.由于他们结构简单明确,所以成为很好的研究蛋白质折叠的体系.在室温下研究蛋白质折叠,更接近于蛋白质折叠实际环境,并且可以有效的阐述蛋白质折叠机理.在本文中从小蛋白2I9M的线性结构出发,采用Amber9/99SB力场和普适玻恩溶剂模型在室温下进行了15ns的分子动力学模拟.在分子动力学模拟之前,首先对体系采用最陡下降法和共轭梯度法进行优化,然后在120ps内将此系统从0K逐步升高到300K,最后再进行分子动力学模拟,最终发现它在6.4ns时成功折叠到了其天然态结构.  第一章为前言部分,简单介绍了蛋白质的组成,蛋白质的空间结构以及维持蛋白质空间稳定结构的一些相互作用力;第二章主要介绍了蛋白质的折叠;第三章为理论和方法部分,主要介绍了分子力学方法、分子动力学模拟方法等;第四章使用分子动力学模拟方法在室温下研究了小蛋白的折叠;第五章对本论文工作进行了总结,并对所做工作作出了展望,希望在相关方面的研究中能够获得更大的进步.
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