天然無規(guī)蛋白質(zhì)動力學模擬的分子力場研究及開發(fā).pdf

1、蛋白質(zhì)作為執(zhí)行生物體內(nèi)重要功能的載體,其傳統(tǒng)的研究思想是“序列-結構-功能”范式。前人研究結果表明真核生物體內(nèi)有大約有27％~41%的蛋白質(zhì)缺少穩(wěn)定的三級結構,但是它們在生物體內(nèi)作用是不可或缺的。這類蛋白質(zhì)被稱為天然無規(guī)蛋白質(zhì)( Intrinsically disordered protein,簡寫為IDPs)。IDPs在生理條件下缺乏穩(wěn)定的三維結構,是多種動態(tài)結構的集合,但是它們在細胞生物學中和分子生物學中仍然發(fā)揮著重要的生物學功能。

2、由于缺乏穩(wěn)定的三級結構以及生物體內(nèi)重要的生物學功能,使得天然無規(guī)蛋白質(zhì)已經(jīng)成為當今結構生物學和蛋白質(zhì)組學的重要研究內(nèi)容。
　　通常情況下,天然無規(guī)蛋白質(zhì)通過與其它生物大分子結合形成特定空間結構,該過程中這些蛋白經(jīng)歷了從無序到有序的轉(zhuǎn)變,從而發(fā)揮其重要功能。然而目前的分子力場主要針對普通結構化的蛋白質(zhì),現(xiàn)有的這些力場并不適用于天然無規(guī)蛋白質(zhì)。因此,本論文在Amber ff99SBildn力場的基礎上開發(fā)了一種新的力場ff99IDPs

3、。該力場是通過在ff99SBildn力場的基礎上對天然無規(guī)蛋白質(zhì)中含量較高的8個氨基酸殘基增加了CMAP能量項,這8個殘基分別為丙氨酸、精氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、絲氨酸、谷氨酸、賴氨酸和脯氨酸。通過擬合并優(yōu)化這8個殘基的CMAP能量項的參數(shù),使得通過分子動力學模擬獲得的8個殘基的?/?二面角分布圖和數(shù)據(jù)庫中統(tǒng)計出來處于無規(guī)區(qū)域的這8個殘基?/?二面角分布圖之間的RMSp(Root mean square deviation of pop

4、ulation)小于0.15%。接下來為了驗證ff99IDPs對天然無規(guī)蛋白質(zhì)的適用性,我們對天然無規(guī)的p53蛋白質(zhì)和MeV NTAIL蛋白質(zhì)分別進行了ff99SBildn力場和ff99IDPs力場的比較分子動力學模擬并計算了它們的次級化學位移( secondary chemical shifts),發(fā)現(xiàn)ff99IDPs力場下的次級化學位移和核磁共振測定化學位移有更好的相似性。然后通過計算 p53蛋白質(zhì)的殘留偶極耦合(Residue D

5、ipolar Couplings,RDCs)常數(shù),發(fā)現(xiàn)ff99IDPs力場下的耦合常數(shù)和實驗測得的耦合常數(shù)為0.761,遠遠大于ff99SBildn力場的0.177。最后對常溫的隱式水模型的分子動力學模擬發(fā)現(xiàn), ff99IDPs力場同樣適用于天然無規(guī)蛋白質(zhì)的隱式水模型的分子動力學模擬。這些證據(jù)都表明,ff99IDPs力場對天然無規(guī)蛋白質(zhì)的模擬效果要好于ff99SBildn力場。
　　除了在ff99SBildn力場條件下加入CMAP