静电排斥表面诱导溶菌酶分子站立

抑制蛋白质聚集是应用基因重组技术生产药用蛋白质过程中的关键. 实验研究发现与蛋白质带同种电荷的离子交换介质能够通过静电排斥作用有效抑制蛋白质折叠中间体的聚集. 但其微观细节尚不明晰, 且利用现有实验技术很难直接阐释. 分子动力学模拟是研究微观过程的有力工具. 因此, 本文构建了静电排斥表面模型以模拟同电荷离子交换介质, 采用分子动力学模拟和全原子模型, 研究溶菌酶在静电排斥表面上的空间取向及其变化过程, 并考察表面所带电荷数的影响规律. 结果表明, 溶菌酶受到表面的静电排斥作用而远离. 在此过程中, 溶菌酶逐渐“站立”, 形成其偶极和表面相站立垂直的空间取向. 而当蛋白质远离表面时, 由于静电排斥作用衰减, 形成“站立”取向的趋势减弱. 同时, 研究发现静电排斥表面所带电荷数增加有利于蛋白质形成“站立”取向. 本文的模拟结果从微观揭示蛋白质在静电排斥表面上的空间取向及其影响因素, 将有助于推动蛋白质在荷电表面折叠和分子相互作用研究.     

采用柔性分子对接技术模拟蛋白质在疏水作用色谱上的保留行为

将蛋白质与疏水作用色谱(HIC)固定相相互作用分为直接非键/构象作用和蛋白质表面疏水效应两个热力学过程, 从而定量给出了处于浓盐析盐水溶液中HIC保留时间与配基/蛋白质结合自由能之间的二元线性关系. 通过ICM柔性分子对接策略及遗传算法(GA)对27个已知晶体结构的蛋白质与疏水配基的可能结合方式进行模拟和分析, 所得结果与实验观测情况吻合良好. 研究表明, 蛋白质局部疏水效应以及配基与蛋白质的非键/构象作用皆对HIC色谱保留行为影响显著, 且作用区域多集中于蛋白质表面突出部位.     

渗透剂的分子体积和极性表面积分率对胰凝乳蛋白酶抑制剂2热稳定性的影响

渗透剂对蛋白质的稳定能力不仅与其极性表面积分率(fpSA)有关,而且也与其分子体积(V)密切相关.因此对于渗透剂稳定蛋白质能力的分析,需要同时考虑渗透剂的fpSA和V.为了考察渗透剂的fpSA和V对稳定蛋白质能力的影响,本文以胰凝乳蛋白酶抑制剂2(CI2)为模型蛋白,首先利用分子动力学模拟,考察了数种典型渗透剂对CI2热稳定性的影响;并根据模拟数据计算得到了渗透剂影响蛋白质热稳定性的一维结构参数;然后利用统计学双参数拟合,同时引入渗透剂的fpSA和V,建立了用于分析渗透剂稳定蛋白质能力的模型;最后利用模型分析了渗透剂的fpSA和V与其稳定蛋白质能力的关系.研究发现:利用分子动力学模拟结果定义并计算得到的一维结构参数能够较好地描述在热变性条件下渗透剂对CI2的稳定能力;所建立的模型能够很好地分析渗透剂对蛋白质的稳定能力;并且由于V和fpSA二次项的引入,可大大提高仅以fpSA为参数的模型的精度;另外,渗透剂对蛋白质的热稳定能力与其V成正比;由于拟合公式中引入了fpSA二次项,在fpSA小于0.7时,fpSA与渗透剂的稳定能力呈现负相关,但当fpSA大于0.7时,其与渗透剂的稳定能力反而呈现正相关.     

双偏振干涉技术(DPI):生物分子相互作用研究的新工具

双偏振干涉(dual polarization interferometry,DPI)技术是近年来发展起来的一种免标记、实时、高灵敏和高分辨率的表面分析技术.它能够精确测量分子相互作用界面层的密度、厚度和质量的绝对值,可实时获取分子相互作用过程的动力学和结构信息.本文简单介绍了DPI的测量原理、仪器组成并对其与相关检测技术的对比进行了简要的概述;着重介绍了近10年来DPI技术在生物分子相互作用研究方面的应用进展,主要包括蛋白质之间以及与其他分子的相互作用,DNA与各种分子之间的相互作用,生物膜与其他分子的相互作用,蛋白质的吸脱附、聚集和结晶过程监测等;并对DPI技术未来的发展进行了展望.随着技术的不断发展,DPI将会在生物分析、纳米材料表征、能源相关表/界面研究等方面得到广泛应用.     

蛋白质的单分子包埋

单分子包埋是一种高效的蛋白质包埋新方法.蛋白质的单分子包埋是利用蛋白质上的某些基团可以与修饰剂反应的特点,将蛋白质先与修饰剂反应,再进行单个蛋白质分子的包埋.该方法获得的蛋白质单分子包埋颗粒粒径处于纳米尺寸范围,外壳的材料层薄至几到几十纳米.本文介绍了蛋白质的单分子包埋的原理及目前蛋白质单分子包埋的主要方法,包括共价结...     

计算(机)化学学科进展(2011-2013)

计算(机)化学已成为化学学科的重要组成部分,在理论计算、分子模拟、数据挖掘以及复杂体系分析中发挥了重要作用。本文总结了近年来化学信息学的研究进展,包括化学信息学方法、软件及数据库技术以及化学信息学在结构、性质、相互作用、反应机理,蛋白质及功能材料的性能研究,复杂体系化学数据分析中的应用。共引用参考文献78篇。     

绿色荧光蛋白质(GFP)的发现、表达和发展

本文简要地介绍了2008年Nobel化学奖——绿色荧光蛋白质的主要学术内容,包括绿色荧光蛋白质的发现、发展和工作的重要意义.类-绿色荧光蛋白质可用于在时间和空间上监视越来越多的活细胞中的现象和机制,如基因表达、蛋白质的定位和动态学等.因此可以说,绿色荧光蛋白质的发现是联系到生物科学上的一次技术革命.     

光谱法与分子模拟研究胡椒碱对牛血清白蛋白的键和作用

利用荧光光谱法及紫外吸收光谱法结合计算机模拟技术研究了在模拟生理条件下胡椒碱(piperine)与牛血清白蛋白(Bovine Serum Albumin, BSA)的相互作用. 根据荧光猝灭的有关方程分别求得不同温度下(298, 308和318 K)药物与蛋白相互作用的结合常数、结合位点数及键合距离. 实验所得到的热力学参数(ΔHӨ＝－9.55 kJ/mol, ΔSӨ＝46.75 J•mol－1•K－1)表明维持药物与蛋白质的相互作用力主要是疏水作用和静电作用. 分子模拟的结果显示了胡椒碱与BSA的键合机理和键合模式, 表明维持药物与蛋白质的相互作用力主要是疏水作用和氢键(位于氨基酸残基His 242, Arg 222和Arg 218位). 此外, 基于胡椒碱的荧光猝灭效应, 首次探讨了药物-蛋白质体系的几种物理化学参数, 包括电荷密度(δ)、离解常数(Kd)及量子产率(F)的变化效应.     

光电子能谱(六)

4.生物大分子光电子能谱现已较多地应用于生物化学领域,对小分子(如尿素、硫脲)、杂环化合物(如卟啉、卟吩、血色素、叶绿素、维生素和生物碱等)以及氨基酸、核酸、蛋白质、细胞组织等,都进行过探索,并提供了许多宝贵的信息,是研究生物分子的一种工具。 4.1 蛋白质与氨基酸光电子能谱比较早就用于测定蛋白质、氨基酸等化合物。其中,有关金属蛋白质中的金属离子的状态以及和配位体键合的情况研究得较多,例如,这一类络合物中铜离子价态的判断就是一个例子。     

蛋白质顺序测定技术(三)

三、蛋白质的化学降解~([1,2,3,4]) 在蛋白质一级结构的测定中,化学降解也是一个很重要的手段。一般化学降解的肽段都比较大,适合于在自动液相顺序仪中测定顺序,同时也有利于肽段次序的排列,但因肽段较大,分离困难,往往碰到不溶解和集聚等问题,产率也比较低。蛋白质化学降解常用的方法有。1.用溴化氰`~([5])(CNBr)降解蛋白质中的甲硫氨酸;2.用二甲基亚砜(DMSO)~([6])和卤氢酸等降解蛋白质中的色氨酸;3.用羟氨降解蛋白质中-Asn-Gly-结构;4.用稀酸~([?])部份降解蛋白质中Asp等。现在分述如下: (一)溴化氰降解用溴化氰降解蛋白质中的甲硫氨酸是化学降解中最常用的方法,特别是反应专一,产率比较高。又由于蛋白质中甲硫氨酸数目较少,因此降解后肽段数目也比较少,有利于肽段次序的排列。其反应机理如下:     

Study of peptide conformation in terms of the ABEEM/MM method

The ABEEM/MM model (atom-bond electronegativity equalization method fused into molecular mechanics) is applied to study of the polypeptide conformations. The Lennard-Jones and torsional parameters were optimized to be consistent with the ABEEM/MM fluctuating charge electrostatic potential. The hydrogen bond was specially treated with an electrostatic fitting function. Molecular dipole moments, dimerization energies, and hydrogen bond lengths of complexes are reasonably achieved by our model, compared to ab initio results. The ABEEM/MM fluctuating charge model reproduces both the peptide conformational energies and structures with satisfactory accuracy with low computer cost. The transferability is tested by applying the parameters of our model to the tetrapeptide of alanine and another four dipeptides. The overall RMS deviations in conformational energies and key dihedral angles for four di- or tetrapeptide, is 0.39 kcal/mol and 7.7 degrees . The current results agree well with those by the accurate ab initio method, and are comparable to those from the best existing force fields. The results make us believe that our fluctuating charge model can obtain more promising results in protein and macromolecular modeling with good accuracy but less computer cost.     

应用ABEEM/MM蛋白质力场模型研究半胱氨酸二肽构象的性质

ABEEM/MM蛋白质力场模型是应用于蛋白质体系的原子-键电负性均衡方法(ABEEM)与力场(MM)相结合的浮动电荷模型.该模型能够准确地描述分子在环境变化时的静电极化,并能快速计算气态和溶液多肽的结构和能量.首次应用ABEEM/MM蛋白质力场模型研究半胱氨酸二肽构象的性质,如构象能、氢键等.此外,应用从头计算HF/6-31G**方法对其性质进行计算.ABEEM/MM蛋白质力场模型可以快速准确地得到半胱氨酸二肽分子不同稳定构象的性质,其结果可以和从头计算相媲美.以上研究有助于加深对半胱氨酸二肽构象性质的了解,从而也为进一步验证ABEEM/MM蛋白质力场模型的正确性以及参数的合理性提供可靠的依据.     

An investigation of crambin and BPTI based on ABEEM/MM model

Molecular dynamics simulation studies on crambin,BPTI(298 K,in vacuo) have been performed by ABEEM/MM method. Some structural properties were discussed.The results show fair consistency with those from X-ray experiment,Moreover, ABEEM/MM model can properly describe the interactions of hydrogen bond of protein systems.     

环多肽晶体的浮动电荷极化力场模拟

利用原子键电负性均衡结合分子力场方法(ABEEM/MM)对五种环多肽晶体进行了研究. 与传统力场相比, 该方法中的静电势包含了分子内和分子间的静电极化作用, 以及分子内电荷转移影响, 同时加入了化学键等非原子中心电荷位点, 合理地体现了分子中的电荷分布. 相对其他极化力场模型, 具有计算量较小的特点. 该模型下计算得到的环多肽分子单元相对实验测得的结构的原子位置、氢键长度和二面角的均方根偏差分别为0.009 nm、0.013 nm和5.16°, 能够很好地重复实验结果. 总体上, 其结果优于或相当于其他力场模型, 适用于对实际蛋白质体系的模拟和研究.     

从头算和ABEEMσπ/MM对(CH_3OH)_n(n=3～12)和[Na(CH_3OH)_n]~+(n=3～6)体系的研究

采用从头算方法(ab initio)和原子-键电负性均衡浮动电荷分子力场方法(ABEEMσπ/MM),对甲醇团簇(CH_3OH)n(n=3~12)和[Na(CH_3OH)_n]~+(n=3~6)体系的结构、电荷分布和结合能进行研究.依据从头算结果构建上述体系的ABEEMσπ/MM浮动电荷势能函数,并确定相关参数.结果表明,ABEEMσπ/MM所获得的结构和结合能等均优于OPLS/AA力场,并与从头算结果相符,其中键长的平均绝对偏差(AAD)小于0.004 nm,键长、键角和结合能的相对均方根偏差(RRMSD)分别小于3.8%,1.7%和6.8%;电荷分布与从头算结果的线性相关系数均大于0.99.     

ABEEMσπ/MM力场模型下的多肽构象

在ABEEM/MM蛋白质浮动电荷力场模型的基础上,加入孤对电子和 电荷位点,从而能够体现多肽和蛋白质分子中一些重要的各向异性极化性质,允许非化学键方向的电子转移和极化。利用从头计算数据拟合模型相关参数。计算得到的小分子团簇结合能、偶极矩、氢键键长等性质与从头计算结果符合很好。该经典极化模型力场能够重复量子场下丙氨酸二肽、丙氨酸四肽、甘氨酸三肽的各稳定构象,其稳定性顺序与精密从头计算结果相一致,其结构和能量性质较以往模型有一定提高,并优于其他力场模型。     

利用浮动电荷力场对N-甲基乙酰胺水溶液的分子动力学模拟

利用原子键电负性均衡结合分子力场方法(ABEEM/MM)对N-甲基乙酰胺(NMA)分子的水溶液体系进行了分子动力学模拟. 与经典的力场模型相比, 该方法中的静电势包含了分子内和分子间的静电极化作用, 以及分子内电荷转移影响, 同时加入了化学键等非原子中心电荷位点, 合理体现了分子中的电荷分布. 相对其它极化力场模型, 该模型具有计算量较小的特点. 在该模型下对NMA纯溶液和其水溶液体系进行了分子动力学模拟, 得到的径向分布函数、汽化热和偶极矩等物理量与实验值和其它极化力场方法符合很好, 合理描述了溶质与溶剂之间的静电极化和分子内的电荷转移.     

Sr2+和Ba2+水分子体系结构和结合能的从头算和ABEEM/MM研究

应用从头算方法和ABEEM/MM浮动电荷分子力场, 研究了水合碱土离子团簇Sr²⁺/Ba²⁺(H₂O)_n (n=1-6), 构建了离子-水相互作用的ABEEM/MM势能函数, 获得了水合离子团簇的稳定结构, 计算了结合能. 计算结果表明, ABEEM/MM方法的结果和从头算方法的结果有很好的一致性. 进一步应用ABEEM/MM对Sr²⁺和Ba²⁺水溶液进行了分子动力学模拟. 对Sr²⁺水溶液, 得到的Sr²⁺-水中氧原子的径向分布函数的第一和第二最高峰分别位于0.257和0.464 nm处, 第一和第二水合层的配位水分子数分别为9.2和11.4; 对Ba²⁺水溶液, 得到的Ba²⁺与水中氧原子的径向分布函数的第一和第二最高峰分别位于0.269和0.467 nm处, 第一和第二水合层的配位水分子数分别为9.9和12.4. 这与实验值或其它理论模拟结果有较好的一致性. 对比外层的水分子, 金属离子的极化作用使得溶液中第一水合层中水分子的O―H键长增长, HOH键角减小.     

Valence state parameters of all transition metal atoms in metalloproteins—development of ABEEMσπ fluctuating charge force field

To promote accuracy of the atom‐bond electronegativity equalization method (ABEEMσπ) fluctuating charge polarizable force fields, and extend it to include all transition metal atoms, a new parameter, the reference charge is set up in the expression of the total energy potential function. We select over 700 model molecules most of which model metalloprotein molecules that come from Protein Data Bank. We set reference charges for different apparent valence states of transition metals and calibrate the parameters of reference charges, valence state electronegativities, and valence state hardnesses for ABEEMσπ through linear regression and least square method. These parameters can be used to calculate charge distributions of metalloproteins containing transition metal atoms (Sc‐Zn, Y‐Cd, and Lu‐Hg). Compared the results of ABEEMσπ charge distributions with those obtained by ab initio method, the quite good linear correlations of the two kinds of charge distributions are shown. The reason why the STO‐3G basis set in Mulliken population analysis for the parameter calibration is specially explained in detail. Furthermore, ABEEMσπ method can also quickly and quite accurately calculate dipole moments of molecules. Molecular dynamics optimizations of five metalloproteins as the examples show that their structures obtained by ABEEMσπ fluctuating charge polarizable force field are very close to the structures optimized by the ab initio MP2/6–311G method. This means that the ABEEMσπ/MM can now be applied to molecular dynamics simulations of systems that contain metalloproteins with good accuracy. © 2014 Wiley Periodicals, Inc.