聚合物小分子非鍵相互作用及蛋白質(zhì)配體結(jié)合動力學的模擬研究.pdf

1、生物大分子和環(huán)境中其他小分子的相互作用，大體包括非鍵相互作用和化學反應(yīng)兩類，對大分子的結(jié)構(gòu)性能、溶解性以及化學性質(zhì)有著深刻的影響。本論文針對這兩類相互作用，對于前者側(cè)重于外部環(huán)境條件，如溫度，離子環(huán)境對它的影響；對于后者則主要著眼于其動力學過程，進行了一系列動力學模擬研究。
　　 對氫鍵主導(dǎo)的大分子而言，它和環(huán)境中其他分子的相互作用以氫鍵相互作用為主。以纖維素和尿素分子在尿素堿溶液中的相互作用為例，研究此相互作用對氫鍵主導(dǎo)大分子

2、結(jié)構(gòu)及溶解性能的影響。本論文中，我們的結(jié)果展現(xiàn)了尿素分子對纖維素長鏈的包合作用及它的溫度性質(zhì)，進一步揭示他們之間單一的氫鍵形成方式，證明尿素分子獨特的共軛鍵結(jié)構(gòu)是其對纖維素包合作用的來源。這些發(fā)現(xiàn)有助于理解纖維素溶解于尿素堿溶液中的溶解機理及尿素分子在纖維素溶解過程中的作用并且加深了對氫鍵主導(dǎo)大分子和極性小分子相互作用的認識。
　　 除了氫鍵相互作用，非鍵作用的另一重要方面是靜電相互作用。本論文的第三章，我們使用拉伸分子動力學研

3、究了凝血酶適配體在二價鎂離子的穩(wěn)定作用下的四倍體結(jié)構(gòu)。給予這個結(jié)構(gòu)一個外力，實現(xiàn)了在分子動力學模擬的時間尺度內(nèi)對適配體和金屬離子之間靜電相互作用的研究。我們的結(jié)果發(fā)現(xiàn)二價鎂離子和凝血酶適配體間靜電相互作用強烈，但當周圍環(huán)境中有對適配體四倍體結(jié)構(gòu)影響巨大的鉀離子存在時，這一靜電作用有被壓制的趨勢。在外力作用下，不同離子環(huán)境中的四倍體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)不同的展開路徑。
　　 對于大分子化學反應(yīng)的研究，我們更側(cè)重于它的動力學方面。本論文第四章中

4、，我們使用布朗動力學研究了將蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和蛋白質(zhì)配體結(jié)合綜合考慮下蛋白質(zhì)和配體分子結(jié)合速率常數(shù)的計算。在模擬中，我使用了Zhou提供的dual-transition-rates模型，并將反應(yīng)區(qū)域限制在小角度范圍內(nèi)。這使得我們的模型更加趨近于現(xiàn)實條件--蛋白質(zhì)配體分子的定點結(jié)合。模擬結(jié)果驗證了Zhou的理論推導(dǎo)：當體系中存在一個外勢，使得蛋白質(zhì)在配體分子接近時傾向于和配體分子結(jié)合的閉合態(tài)結(jié)構(gòu)而在配體分子遠離時傾向于不能結(jié)合的開放態(tài)結(jié)構(gòu)

5、，對于反應(yīng)區(qū)域是蛋白質(zhì)分子外的整個球殼的情況，蛋白質(zhì)和配體分子的結(jié)合速率常數(shù)有精確的分析解；但對于小角度反應(yīng)區(qū)域，只能使用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變速率極快和極慢兩個極限條件下的結(jié)合速率常數(shù)來逼近近似，這一近似在反應(yīng)區(qū)域角度越小的情況下越適用。
　　 本論文第五章節(jié)，我們依然使用布朗動力學研究了通過柔性鏈鏈接的兩個蛋白質(zhì)子區(qū)域和配體分子的結(jié)合動力學。在這個模型中，我們使用蠕蟲鏈模型模擬蛋白質(zhì)中的柔性鏈，并改變?nèi)湎x鏈鏈長或持續(xù)長度(柔性)以研究柔性