蛋白质分子对接的远程识别机制研究

蛋白质复合物的结构是研究蛋白质功能的基础，但在实验上取得蛋白质复合物的结构非常困难，因此，人们通常利用各种计算方法预测蛋白质复合物的结构。但是到目前为止，预测结果仍然不能让人满意。另外，利用分子动力学模拟方法研究复合物的结构，通常需要搜索两个蛋白质分子之间所有可能的对接方式，并对每种对接结果进行评估，从而找出最优的对接方式，该过程的计算量太大，限制了该方法的普遍应用。造成这种结果的最根本原因在于缺乏对蛋白质分子之间识别机制的详细了解。本课题的主要目标是研究蛋白质分子之间的远程识别机制，我们将根据蛋白质分子之间远程静电相互作用的变化规律，分析蛋白质分子之间的最优对接方向和对接界面，缩小蛋白质复合物构象的搜索空间，并使用分子动力学模拟的方法研究蛋白质复合物的结构。该课题的研究有助于深入了解蛋白质分子之间的相互作用机制，为预测蛋白质之间的对接位点和复合物结构提供理论和技术支持。

蛋白质复合物的结构是研究蛋白质功能的基础，人们通常利用各种计算方法预测蛋白质复合物的结构。但是到目前为止，预测结果仍然不能让人满意。造成这种结果的最根本原因在于缺乏对蛋白质分子之间识别机制的详细了解。本课题的主要目标是研究蛋白质分子之间的远程识别机制，我们将根据蛋白质分子之间远程静电相互作用的变化规律，分析蛋白质分子之间的最优对接方向和对接界面，缩小蛋白质复合物构象的搜索空间，并使用分子动力学模拟的方法研究蛋白质复合物的结构。该课题的研究有助于深入了解蛋白质分子之间的相互作用机制，为预测蛋白质之间的对接位点和复合物结构提供理论和技术支持。. 我们主要做了三个方面的工作，. 1、蛋白质结合的主要机制研究。我们分析了25个蛋白质复合物作为研究对象，分析这些蛋白质复合物的两个单体在近程和远程时的相互作用特点，发现大约一半的蛋白质复合物，其两个单体距离较远时依然有较强的相互作用，主要来源是静电相互作用。另外的一半蛋白质复合物，在距离较远时，静电相互作用比较弱，不足以使两个单体之间产生识别效果。当两个单体距离较近时，静电相互作用、vdw相互作用和极性相互作用等在蛋白质形成复合物的过程中，都起重要的作用。这说明，要使两个蛋白质尽快地结合，提高两者之间的静电相互作用是十分必要的。. 2、结合自由能精确计算。结合自由能是描述蛋白质受体与配体复合物的结合亲和力的最重要的物理参数之一。以前计算结合自由能通常是基于热力学循环或结合反应而得到，但是，这些策略已经得到了广泛的使用，同时也存在一些问题。我们提出了一个新的方法，用以计算生物分子复合物的结合自由能，主要思路是动力学过程进行约束。将该方法应用到计算钙调蛋白环钙复合物的结合自由能，结果表明计算的相对亲和力与实验结果吻合得很好。. 3、蛋白质-RNA在近距离相互作用特点分析。我们开发了一种基于快速傅利叶变换的采样算法—LEDock，来计算相距一定距离的蛋白质和RNA静电相互作用情况。计算结果表明，在5Å到7Å范围时，大部分蛋白质和RNA分子的取向与随机分布存在着很大差别，更接近天然态复合体的取向。