天然無規(guī)蛋白質(zhì)動(dòng)力學(xué)模擬的分子力場(chǎng)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(jié)構(gòu)-功能”范式。前人研究結(jié)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(jí)結(jié)構(gòu),但是它們?cè)谏矬w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?xiàng)l件下缺乏穩(wěn)定的三維結(jié)構(gòu),是多種動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的集合,但是它們?cè)诩?xì)胞生物學(xué)中和分子生物學(xué)中仍然發(fā)揮著重要的生物學(xué)功能。

2、由于缺乏穩(wěn)定的三級(jí)結(jié)構(gòu)以及生物體內(nèi)重要的生物學(xué)功能,使得天然無規(guī)蛋白質(zhì)已經(jīng)成為當(dāng)今結(jié)構(gòu)生物學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)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(jié)合形成特定空間結(jié)構(gòu),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(chǎng)主要針對(duì)普通結(jié)構(gòu)化的蛋白質(zhì),現(xiàn)有的這些力場(chǎng)并不適用于天然無規(guī)蛋白質(zhì)。因此,本論文在Amber ff99SBildn力場(chǎng)的基礎(chǔ)上開發(fā)了一種新的力場(chǎng)ff99IDPs

3、。該力場(chǎng)是通過在ff99SBildn力場(chǎng)的基礎(chǔ)上對(duì)天然無規(guī)蛋白質(zhì)中含量較高的8個(gè)氨基酸殘基增加了CMAP能量項(xiàng),這8個(gè)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(gè)殘基的CMAP能量項(xiàng)的參數(shù),使得通過分子動(dòng)力學(xué)模擬獲得的8個(gè)殘基的?/?二面角分布圖和數(shù)據(jù)庫中統(tǒng)計(jì)出來處于無規(guī)區(qū)域的這8個(gè)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(yàn)證ff99IDPs對(duì)天然無規(guī)蛋白質(zhì)的適用性,我們對(duì)天然無規(guī)的p53蛋白質(zhì)和MeV NTAIL蛋白質(zhì)分別進(jìn)行了ff99SBildn力場(chǎng)和ff99IDPs力場(chǎng)的比較分子動(dòng)力學(xué)模擬并計(jì)算了它們的次級(jí)化學(xué)位移( secondary chemical shifts),發(fā)現(xiàn)ff99IDPs力場(chǎng)下的次級(jí)化學(xué)位移和核磁共振測(cè)定化學(xué)位移有更好的相似性。然后通過計(jì)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(chǎng)下的耦合常數(shù)和實(shí)驗(yàn)測(cè)得的耦合常數(shù)為0.761,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于ff99SBildn力場(chǎng)的0.177。最后對(duì)常溫的隱式水模型的分子動(dòng)力學(xué)模擬發(fā)現(xiàn), ff99IDPs力場(chǎng)同樣適用于天然無規(guī)蛋白質(zhì)的隱式水模型的分子動(dòng)力學(xué)模擬。這些證據(jù)都表明,ff99IDPs力場(chǎng)對(duì)天然無規(guī)蛋白質(zhì)的模擬效果要好于ff99SBildn力場(chǎng)。
　　除了在ff99SBildn力場(chǎng)條件下加入CMAP