提出一种基于路径优化的非平衡自由能预测方法。首先,通过建立蛋白质复合物解离的多目标优化模型找出一条能耗小、速度快的拉伸分子动力学SMD(Steered Molecular Dynamics)解离路径,然后,沿此路径计算解离自由能。与Jarzynski按平均力势...提出一种基于路径优化的非平衡自由能预测方法。首先,通过建立蛋白质复合物解离的多目标优化模型找出一条能耗小、速度快的拉伸分子动力学SMD(Steered Molecular Dynamics)解离路径,然后,沿此路径计算解离自由能。与Jarzynski按平均力势PMF(Potentials of Mean Force)的外推方法相比,本文方法有较高的预测效率,数值算例也给出了与实验值比较的预测精度。通过拉伸分子动力学模拟还可以揭示小配体与蛋白质之间的解离全过程,为药物设计提供重要的结构信息。展开更多
三磷酸腺苷结合盒式(ATP-binding cassette,ABC)输出转运体是一类典型的蛋白质分子机器,这类分子机器通过门控运动进行“向外打开”(outward-facing,OF)和“向内打开”(inward-facing,IF)构象态之间转换,从而把底物转运输出生物膜外。...三磷酸腺苷结合盒式(ATP-binding cassette,ABC)输出转运体是一类典型的蛋白质分子机器,这类分子机器通过门控运动进行“向外打开”(outward-facing,OF)和“向内打开”(inward-facing,IF)构象态之间转换,从而把底物转运输出生物膜外。尽管结构和功能的研究已取得重大进展,但对ABC输出转运体构象门控的分子机制还没有完全理解。由于全原子分子动力学存在长时间尺度问题,因此对ABC蛋白质分子构象变化不能进行完全描述。本文应用粗粒化分子动力学(CG-MD)结合改善的抽样方法,对细菌ABC输出转运体MsbA进行计算模拟研究。本文计算得到的平均力势(potential of mean force,PMF)表明,从OF构象态到IF构象态之间的转变需要经过一个“阻塞态”(occluded state,OC),即MsbA的内门和外门都是关闭的状态。这种阻塞状态对ABC输出功能的方向单一性具有重要意义。我们的CG-MD计算模拟结果显示,随着MsbA的核苷酸结合域(nucleotide binding domain,NBD)的分离,外门的关闭和内门的打开是采用高度协作的方式。基于本文的计算模拟结果,我们提出了一个与目前文献中发表的有很大不同的机械力学模型,揭示了ABC输出转运体通过构象门控运动输运底物的分子机制。展开更多
基金supported by the National Natural Science Foundation of China(11405113)Science and Technology Plan of Sichuan Province+2 种基金China(2010JY0122)Science Research Fund of Sichuan Normal UniversityChina(10MSL02)
文摘提出一种基于路径优化的非平衡自由能预测方法。首先,通过建立蛋白质复合物解离的多目标优化模型找出一条能耗小、速度快的拉伸分子动力学SMD(Steered Molecular Dynamics)解离路径,然后,沿此路径计算解离自由能。与Jarzynski按平均力势PMF(Potentials of Mean Force)的外推方法相比,本文方法有较高的预测效率,数值算例也给出了与实验值比较的预测精度。通过拉伸分子动力学模拟还可以揭示小配体与蛋白质之间的解离全过程,为药物设计提供重要的结构信息。
基金supported by the National Natural Science Foundation of China(21073170,21273209).
文摘三磷酸腺苷结合盒式(ATP-binding cassette,ABC)输出转运体是一类典型的蛋白质分子机器,这类分子机器通过门控运动进行“向外打开”(outward-facing,OF)和“向内打开”(inward-facing,IF)构象态之间转换,从而把底物转运输出生物膜外。尽管结构和功能的研究已取得重大进展,但对ABC输出转运体构象门控的分子机制还没有完全理解。由于全原子分子动力学存在长时间尺度问题,因此对ABC蛋白质分子构象变化不能进行完全描述。本文应用粗粒化分子动力学(CG-MD)结合改善的抽样方法,对细菌ABC输出转运体MsbA进行计算模拟研究。本文计算得到的平均力势(potential of mean force,PMF)表明,从OF构象态到IF构象态之间的转变需要经过一个“阻塞态”(occluded state,OC),即MsbA的内门和外门都是关闭的状态。这种阻塞状态对ABC输出功能的方向单一性具有重要意义。我们的CG-MD计算模拟结果显示,随着MsbA的核苷酸结合域(nucleotide binding domain,NBD)的分离,外门的关闭和内门的打开是采用高度协作的方式。基于本文的计算模拟结果,我们提出了一个与目前文献中发表的有很大不同的机械力学模型,揭示了ABC输出转运体通过构象门控运动输运底物的分子机制。
