小分子水簇与蛋白质相互作用的分子动力学研究

论文摘要

近年来,有关小分子水簇的结构、分子行为、氢键网络等物理化学性质的探索,已经成为簇科学研究领域的热点。水分子簇的弱作用普遍存在于生物大分子体系中,对生物体系中水分子簇间接环境的功效研究可望为深层次揭示化学、生命科学和信息科学等领域的本质问题提供有利依据。本文中采用分子动力学方法研究了小分子水簇与模型蛋白溶菌酶之间的相互作用,探究了溶菌酶-小分子水簇、溶菌酶-水两种不同体系中溶菌酶的动力学性质,为进一步深入研究水通道蛋白与水分子簇的作用机理奠定基础。溶菌酶-水体系的动力学研究表明,溶菌酶在普通水环境中构象稳定。溶菌酶与水之间的氢键作用较弱,仅亮氨酸129和丙氨酸82与水之间的相互作用较强。溶菌酶周围的水的分布较纯水松散。对溶菌酶非极性腔内丝氨酸91和缬氨酸92的水化层分析,证实了丝氨酸91为非极性腔内的活性位点。溶菌酶-小分子水簇体系的分子动力学模拟研究表明,溶菌酶和水分子簇之间的氢键相互作用较普遍,溶菌酶在小分子水簇溶剂化作用下构象发生了较大变化,溶菌酶解旋,三级结构破坏,活性丧失,从理论方面解释了本课题组纳米水分子簇能够抑制大肠杆菌的生长的结论。径向分布函数及水化层分析表明,小分子水簇集中分布在溶菌酶周围第一水化层内,并且分布比较松散。综上,小分子水簇对溶菌酶的溶剂化效应较普通水的溶剂化效应有较大不同,小分子水簇破坏了蛋白质的构象,为进一步阐释小分子水簇对生物化学反应的影响奠定了基础。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 水通道蛋白简介
• 1.2 水通道蛋白的分布与功能
• 1.3 水通道蛋白的分子结构
• 1.4 水分子簇的结构
• 1.4.1 水的结构与性质
• 1.4.2 水分子簇的结构
• 1.5 水分子簇的研究方法及研究进展
• 1.5.1 水分子簇研究进展
• 1.5.2 水分子簇的研究方法
• 1.6 蛋白质与水之间相互作用的研究
• 1.7 溶菌酶简介
• 1.8 分子模拟方法简介
• 1.9 本课题研究内容及选题意义
• 第二章 溶菌酶与不同水溶剂相互作用的分子动力学研究
• 2.1 分子动力学过程简介
• 2.1.1 模拟前体系的预处理
• 2.1.2 模拟过程中参数的设置
• 2.1.3 分子动力学结果的讨论与分析
• 2.2 试验材料
• 2.2.1 溶菌酶
• 2.2.2 小分子水簇的建模
• 2.2.3 普通水模型
• 2.3 计算平台
• 2.3.1 硬件平台
• 2.3.2 软件平台
• 2.4 分子动力学模拟试验过程
• 2.4.1 初始化模型的预处理
• 2.4.2 分子动力学模拟
• 2.4.3 数据分析
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 能量、温度分析
• 3.2 RMSD
• 3.2.1 整体蛋白的RMSD
• 3.2.2 单个氨基酸的RMSD
• 3.3 氢键分析
• 3.4 RDF 及水化层分析
• 3.5 二硫键变化
• 3.6 二面角分析
• 3.7 小结
• 第四章 结论与建议
• 4.1 本文总结
• 4.2 未来工作的建议及展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢