分子動力學與從頭分子動力學對分子馬達kinesin催化核心的研究.pdf

1、生命在于運動，生命世界大多數(shù)形式的運動是通過很小的蛋白機器來驅(qū)動，這種機器稱為分子馬達。這些分子馬達沿著細胞質(zhì)中運動軌道，轉(zhuǎn)運廣泛的物質(zhì)，驅(qū)動細胞的移動，促使細胞的分裂，分子馬達的缺陷可以引起嚴重的疾病甚至導(dǎo)致個體死亡。分子馬達中的kinesin（驅(qū)動蛋白）以ATP 為能量來源，沿著微管運動。雖然對kinesin 的功能已經(jīng)進行了大量的實驗研究，但是人們現(xiàn)在依然不清楚kinesin 是如何水解ATP，并將水解過程中ATP 所釋放的化學能

2、轉(zhuǎn)化為機械能。對這些問題的研究，是當前生命科學領(lǐng)域最前沿的課題之一。 在過去20 年中，計算化學和生命科學領(lǐng)域發(fā)展迅速，彼此之間的緊密結(jié)合，形成了新的交叉學科-計算分子生物學。計算分子生物學已廣泛應(yīng)用于生命科學的各個領(lǐng)域，并在蛋白質(zhì)折疊、蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)預(yù)測等方面取得了突破性進展。在計算分子生物學的方法中，分子動力學方法在生物大分子體系的研究中得到了廣泛的應(yīng)用；Car-Parrinello動力學（CPMD）是近20 年發(fā)展起來的

3、一種從頭分子動力學方法，它結(jié)合了密度泛函理論和經(jīng)典的分子動力學方法。 本論文以分子馬達kinesin 馬達結(jié)構(gòu)域的蛋白結(jié)晶結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，運用分子動力學、從頭分子動力學兩類不同的分子模擬方法，對分子馬達kinesin的催化核心進行了研究。 在分子馬達的催化核心中，ATP 水解產(chǎn)生的磷酸基團的釋放是分子馬達整個化學-力學轉(zhuǎn)換過程的限速步驟。因此，我們需要了解磷酸基團的釋放路徑以及它與分子馬達的催化核心是如何相互作用的。在本

4、論文中，我們運用分子動力學方法來模擬磷酸基團從分子馬達kinesin催化核心的釋放過程，研究發(fā)現(xiàn)磷酸基團的釋放與分子馬達的“后門”密切相關(guān)；伴隨著磷酸基團的釋放，kinesin中的超二級結(jié)構(gòu)loop11-α4-loop12的構(gòu)象發(fā)生了顯著變化。根據(jù)模擬過程給出的動態(tài)信息，我們推測出一個γ-磷酸基團的釋放機制。 當前，CPMD是最重要的一種基于第一原理的動力學方法。通過艱苦的學習，我們現(xiàn)在已經(jīng)能夠使用這種方法，用它來研究復(fù)雜的化