基于刚体动力学模型对多肽折叠的分子动力学模拟

论文摘要

对蛋白质折叠的研究是生命科学的前沿课题,近些年来利用计算机模拟蛋白质折叠已经成为一种重要的研究手段.但是许多人们感兴趣的生物现象都发生在毫秒甚至更长的时间内,而对于较大的生物体系的全原子模拟其模拟时间很难达到.为了克服这个缺陷,同时又要保证计算精度,我们针对不同的蛋白质分子结构建立了合适的刚体动力学模型,然后利用TINKER软件包模拟蛋白质的折叠过程.本文的主要内容包括:(1)对丙氨酸饱和多肽链的折叠进行分子动力学模拟,根据丙氨酸饱和多肽链的分子结构划分了两种刚体结构,基于刚体动力学模型对17个丙氨酸饱和多肽链的折叠做分子动力学模拟,并选择在五种不同的力场(AMBER99、CHARMM27、OPLSAA、AMBER99SB和AMOEBAPRO)下分别进行.然后改变丙氨酸饱和多肽链中丙氨酸残基的数目,选择9个和13个丙氨酸饱和多肽链基于刚体动力学模型进行同等条件下的分子动力学模拟.需要注意的是这里所有刚体动力学的模拟结果都要与全原子模拟结果做对比,基于不同刚体结构的动力学模拟结果也要进行相应的对比.研究表明刚体动力学模型对丙氨酸饱和多肽链折叠的模拟不仅与刚体结构划分、力场的选择有关,还与残基数目的多少有关.(2)为了进一步拓展刚体动力学模型,本文又对2I9M饱和多肽链的折叠进行了分子动力学模拟,根据2I9M饱和多肽链的分子结构划分了两种刚体结构,并在四种不同的力场(AMBER99、CHARMM27、OPLSAA、AMBER99SB)下分别进行刚体动力学模拟α螺旋结构,并将刚体动力学模拟的结果与全原子模拟的结果进行了对比.研究结果表明,基于刚体动力学模型对2I9M饱和多肽链折叠的模拟中没有得到α螺旋结构,对其折叠模拟的研究还需要进一步的探索.

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 组成蛋白质的20 种氨基酸以及多肽链
• 1.2 蛋白质的结构
• 1.3 蛋白质的折叠
• 1.3.1 研究蛋白质折叠的意义
• 1.3.2 蛋白质折叠的计算机模拟
• 2 分子动力学模拟
• 2.1 力场
• 2.1.1 分子力场作用项的一般形式
• 2.1.2 常见的力场
• 2.2 分子动力学模拟的基本原理
• 2.3 时间积分算法和积分步长的选取
• 2.4 模拟结果的分析
• 3 刚体动力学模型
• 3.1 刚体动力学模型的理论基础
• 3.2 刚体运动学分析
• 3.2.1 欧拉角
• 3.2.2 欧拉角与旋转矩阵的关系
• 3.2.3 对刚体一般运动位移的描述
• 3.3 刚体动力学分析
• 4 基于刚体动力学模型对丙氨酸饱和多肽链折叠的分子动力学模拟
• 4.1 针对丙氨酸饱和多肽链的分子结构划分刚体结构
• 4.2 针对17 个丙氨酸饱和多肽链的分子动力学模拟
• 4.3 针对不同残基数量的丙氨酸饱和多肽链的分子动力学模拟
• 5 基于刚体动力学模型对 2I9M 饱和多肽链的分子动力学模拟
• 5.1 针对2I9M 饱和多肽链的分子结构划分刚体结构
• 5.2 针对 219M 饱和多肽链的分子动力学模拟
• 结论
• 参考文献
• 附录A TINKER 中刚体算法的分子动力学模拟的计算流程和? 几种分子动力学模拟软件的介绍?
• 附录B 2I9M 饱和多肽链的直链结构
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢