生化分子的模擬課件

一.生化分子的結(jié)構(gòu)生物分子中氨基酸間脫去一分子水以肽鍵互相連接，脫去水分子的氨基酸單位稱為殘基。第八章第八章

生化分子的模擬所有天然的氨基酸其Cα原子的光學(xué)性質(zhì)均相同。8.1生化分子的結(jié)構(gòu)第八章蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)與多肽分子因其組成的氨基酸分子側(cè)基的形狀、大小、電荷分布與形成氫鍵的能力不同,以至造成不同的生化特性。多肽及蛋白質(zhì)分子的生化特性與分子的結(jié)構(gòu)有密不可分的關(guān)系。此處結(jié)構(gòu)除了組成的氨基酸序列外，還包括分子三度空間的立體排列方式。第八章多肽分子鏈之間在固定的位置以雙硫鍵互相連接,形成一定的氨基酸順序結(jié)構(gòu)----蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)第八章實(shí)驗(yàn)顯示蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)非常不規(guī)則,并無(wú)一定的對(duì)稱性.其中最常見(jiàn)結(jié)構(gòu)形式為α-螺旋形及β-股結(jié)構(gòu)形.這兩種結(jié)構(gòu)形式稱為蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的蛋白質(zhì)分子的立體結(jié)構(gòu)多為纖維狀或球狀,這樣的結(jié)構(gòu)稱為蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu).例如肌紅素第八章蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)除了蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)外,還有四級(jí)結(jié)構(gòu)。例如許多多肽是由2條或更多的三級(jí)結(jié)構(gòu)所組成。組成四級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈稱為亞單位。如血紅素第八章研究生化分子的構(gòu)造,可用了解形成各種結(jié)構(gòu)的原因,從而理解生化分子的活性。蛋白質(zhì)分子折疊前后疏水區(qū)的變化折疊后的蛋白質(zhì)分子,其非極性部分與水分子形成的界面面積遠(yuǎn)大于未折疊時(shí)的界面面積。第八章當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)分子折疊時(shí),其熵值的改變很大。另外,分子折疊時(shí)須形成氫鍵,故焓為負(fù)值。三、蛋白質(zhì)分子折疊的模擬蛋白質(zhì)分子因折疊而形成特定的結(jié)構(gòu)，這些特定的結(jié)構(gòu)顯現(xiàn)出特定的生物機(jī)能。一個(gè)未折疊的蛋白質(zhì)分子如何折疊成特殊結(jié)構(gòu)的過(guò)程是研究上的一大難題一般未折疊與折疊后蛋白質(zhì)分子間的自由能差僅為1～15kcal/mol。折疊過(guò)程中經(jīng)過(guò)哪些過(guò)渡狀態(tài)？環(huán)境的因素對(duì)折疊的過(guò)程有什么樣的影響？除了能量因素外是否還有其他的影響因素？實(shí)驗(yàn)上如何鑒別折疊的過(guò)渡狀態(tài)？第八章分子動(dòng)力模擬是研究蛋白質(zhì)分子折疊與開(kāi)折的動(dòng)力過(guò)程最有效的方法。蛋白質(zhì)分子的折疊模擬在模擬的過(guò)程中可用清楚地了解折疊(或開(kāi)折)所歷經(jīng)的過(guò)渡態(tài)與能量的變化。但分子動(dòng)力模擬方法因受模擬系統(tǒng)原子數(shù)目與模擬時(shí)間的限制，至今僅能模擬小片段蛋白質(zhì)分子(多肽分子)的折疊過(guò)程。第八章DeMarco等利用商業(yè)化的生物分子計(jì)算軟件ENCAD執(zhí)行了En-HD分子動(dòng)力模擬計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)圖16-14。第八章En-HD分子的開(kāi)折過(guò)程圖中的第一列為模擬的溫度與系統(tǒng)編號(hào)，每個(gè)圖形下的數(shù)字為以納秒為單位的模擬時(shí)間。En-HD分子上螺旋度的變化DeMarco等對(duì)En-HD蛋白質(zhì)分子的模擬為典型的開(kāi)折動(dòng)態(tài)模擬。此種方法以晶體數(shù)據(jù)庫(kù)中已折疊的蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)作為模擬的起點(diǎn),將系統(tǒng)升溫研究其開(kāi)折的過(guò)程。但這并不表示此過(guò)程為可逆的,即一根線形的伸展形蛋白質(zhì)分子開(kāi)始折疊形成最終的堆棧結(jié)構(gòu)并不一定經(jīng)過(guò)相同的折疊途徑。第八章四、細(xì)胞膜的融合模擬生化分子體系的模擬是非常困難的工作,模擬的結(jié)果必須與實(shí)驗(yàn)的結(jié)果互相參照,以保證模擬的正確性。利用分子動(dòng)力計(jì)算模擬由脂質(zhì)分子(DMPC)所形成的類似細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與其在水溶液中的穩(wěn)定性。除了模擬細(xì)胞膜外,同時(shí)研究融合肽分子與細(xì)胞膜結(jié)合的結(jié)構(gòu)問(wèn)題。模擬結(jié)果顯示DMPC所形成的雙層膜在溶液中可維持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，V形的HX分子主要以氫鍵作用與膜形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。膜的結(jié)構(gòu)因HX分子的結(jié)合產(chǎn)生變形。第八章脂質(zhì)分子的自組裝細(xì)胞膜多由雙層的脂質(zhì)分子自組裝而成。所謂自組裝意為分子與分子間并無(wú)化學(xué)鍵結(jié)存在，而是靠范德瓦爾斯作用力、氫鍵作用力等微弱的作用力形成規(guī)則的聚集排列。第八章雙層的脂質(zhì)分子與水的作用第八章

在此系統(tǒng)中納入水分子是非常重要的,因?yàn)镈MPC的親水端及疏水部分與水的作用而導(dǎo)致形成穩(wěn)定的雙層脂膜。若是沒(méi)有水分子的存在,則基團(tuán)間互相排斥,不能形成穩(wěn)定的膜.但納入如此多的水分子使得計(jì)算量增大許多,計(jì)算時(shí)間增長(zhǎng),而且因?yàn)樗肿拥倪\(yùn)動(dòng)較生物分子快速,所以大部分為模擬水的運(yùn)動(dòng).HAX-31、DMPC與水的能量第八章五、疏水基團(tuán)的堆積疏水基團(tuán)堆棧所產(chǎn)生的疏水效應(yīng)被認(rèn)為是導(dǎo)致蛋白質(zhì)折疊的重要原因。在生化體系中，兩個(gè)疏水性的表面間存在很強(qiáng)的吸附作用。Luzar等根據(jù)簡(jiǎn)單模擬結(jié)果，認(rèn)為界面接近時(shí)其間的水分子被排斥出去而形成無(wú)水的疏水區(qū)域。α2D蛋白質(zhì)分子為人工合成專為研究所用的小蛋白質(zhì)分子,這種蛋白質(zhì)稱為deNovo蛋白質(zhì)。第八章α