《蛋白質專一性極化力場在分子動力學模擬中的套用》是依託山東師範大學，由段莉莉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：蛋白質專一性極化力場在分子動力學模擬中的套用
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：段莉莉
- 依託單位：山東師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
靜電相互作用是生物分子中最重要的相互作用，但目前分子力場對靜電相互作用的描述都不包含關鍵的靜電極化效應。新發展的基於全量子力學計算得到具有靜電極化效應的原子電荷，對不同體系大量的分子動力學模擬計算證實了靜電極化效應的重要性。特別是對於蛋白質中氫鍵的影響尤其關鍵，這對於其結構的穩定性，動力學性質以及摺疊都起到了不可忽略的作用。本項目在前期工作基礎上，將其進一步套用到金屬蛋白的研究中，正確描述金屬蛋白離子配位數和電荷在動力學過程中的變化。為了套用於更複雜的體系，提高計算效率，對量化計算的結果進行分析擬合，將新的極化電荷模型套用到蛋白質和蛋白質的相互作用：精確的描述蛋白質分子內和分子間的相互作用，研究靜電極化效應對結合自由能的影響和蛋白質摺疊中：精確的構建蛋白質摺疊的自由能面，深入理解蛋白質摺疊的熱力學和動力學行為。本項目的研究結果將對定量可靠的描述蛋白質分子的結構功能和動力學行為提供重要的理論
結題摘要
由於傳統分子力場缺乏顯式的靜電極化效應，嚴重製約著動力學模擬的可靠性。基於精確量子力學計算的新型的動態的蛋白質極化力場克服了目前廣泛使用的分子力場的不足，提高了蛋白質等生物大分子理論計算的可靠性和精度。本項目主要致力於以下幾方面的研究。（1）用動態極化力場研究了villin headpiece蛋白質摺疊的機理；研究了一些重要蛋白的穩定性；研究了人類凝血酶蛋白（thrombin）與配體的相互作用機理；研究了橋樑水分子W301在介導HIV-protease與配體結合的物理機制。（2）由於動態極化力場在模擬過程中需要實時量化計算蛋白質的原子電荷，計算量非常昂貴，很難適用於大體系的摺疊。所以我們採用了加速MD方法對一些大體系進行摺疊研究，研究發現這些體系在100ns內成功到達了摺疊態，而傳統分子力場對這些體系的研究是失敗的。（3）研究了DNA探針和不同的microRNA相互作用機制；DNA與石墨烯分子的相互作用機制，研究結論與實驗觀察是一致的。（4）由於傳統分子力場對於蛋白質摺疊研究有一定的二級結構傾向性，所以一個具有均衡二級結構分布的分子力場對成功的蛋白質摺疊是必要的。我們利用高精度的量化計算，發展了一種基於二維傅立葉展開來擬合二面角項參數的力場。研究表明該力場對於計算的J耦合值、化學位移、二級結構分布等與實驗吻合的很好，較傳統力場有較大的改進。（5）利用最新發展的精確可靠高效率的半浮動電荷的可極化力場（EPB）研究了7個重要體系（2I9M (PDB: 2IM9), Trpcage (PDB: 1L2Y), 1WN8 (PDB: 1WN8), C34 (PDB:1AIK:C-terminal), N36(PDB:1AIK:N-terminal), 2KES (PDB:2KES), 2KHK (PDB:2KHK)）的摺疊機理，而傳統的非極化的AMEBR電荷對這些體系的摺疊研究是失敗的。 現已發表相關的SCI論文9篇，三篇論文在審稿中，完成了預期的科研目標。
