蛋白质多肽分子体系动态结构及超快振动光谱参数研究

蛋白质是生理功能的执行者，对蛋白质结构和功能的研究有助于阐明生命现象的变化机制。本项目旨在发展蛋白质多肽分子体系结构检测的方法，结合量子化学计算和分子动力学模拟手段，实现分子动态结构及超快振动光谱参数的快速预测。以多肽小分子为研究对象，探索气相中分子结构的布居特性，了解对分子结构敏感的振动探针的光谱表象，将光谱信息与分子结构有机地联系起来。建立多肽－溶剂聚集体模型，开展全原子分子动力学模拟，跟踪溶液相中分子体系的动态结构及微环境的波动，表征不同溶剂环境下，溶质－溶剂间可能存在的非键相互作用强弱及其竞争关系。尝试构建基于量化/经典力学的静电频率转换模型，将溶剂静电作用投影于分子特征基团之中，预测溶液相分子体系中关键基团的瞬态振动光谱参数及其变化轨迹，借助光谱手段揭示分子结构动力学行为，提出蛋白质二级结构预测的合理途径，为在化学键水平上研究蛋白质发挥作用的机制提供科学依据。

本项目致力于发展蛋白质多肽分子体系结构检测的方法，对多肽模型分子开展量子化学计算，探索其结构布居特性以及体系势能变化，确定分子体系倾向于形成的稳定构型。同时引入对分子结构敏感的振动探针(如酰胺振动吸收带)，借助其光谱表象，构建了振动光谱参数与分子结构之间的联系。建立多肽－溶剂聚集体模型，开展全原子分子动力学模拟，跟踪溶液相中分子体系的动态结构及微环境的波动，表征不同溶剂环境下，溶质－溶剂间可能存在的非键相互作用强弱及其竞争关系。构建基于分子力学力场的静电频率转换模型，将溶剂的作用以静电势场的形式投影到多肽分子骨架上，观测作为结构探针的酰胺-I带的振动频率及光谱线型等参数的变化，实现不同极性溶剂中分子光谱的快速预测和结构解析，揭示分子结构动力学行为。研究结果对于理解溶液相中蛋白质空间构型、折叠机制以及蛋白质功能具有重要的理论价值，而且对于揭示蛋白质结构的改变对生物体的影响乃至预防疾病的产生有着重要的指导作用。