疏水蛋白在云母表面的吸附

采用分子动力学模拟方法研究了疏水蛋白(HFBI)在亲水云母表面的吸附过程.通过6组平行的分子动力学模拟得到了2种不同的稳定吸附结构,即通过N端和通过亲水的α螺旋与表面吸附,得到了5种吸附残基.进一步用自适应偏置力方法计算了所有吸附残基与表面的结合自由能.结果表明,残基Lys是吸附过程的关键残基,即当HFBI通过含有Lys残基的α螺旋与云母表面作用时,其吸附构象最稳定.静电作用是吸附过程的主要驱动力.在该吸附结构中,HFBI的疏水面暴露在溶液中,有效降低了云母表面的润湿性.

链状结构的疏水性对溶剂控制的轮烷穿梭行为的影响

研究了3种由α-环糊精(α-CD)、不同线性结构及中间连接基团组成的轮烷的穿梭行为,其中,线性结构为烷基链(ALK)或聚乙二醇链(PEG),中间连接基团为联吡啶或联苯.采用分子动力学模拟方法对室温下这些轮烷在水或二甲基亚砜(DMSO)溶液中α-CD的穿梭过程进行了研究;利用自适应偏置力(ABF)和多副本ABF(MW-ABF)方法计算了穿梭过程的自由能变化.结果表明,由PEG链组成的轮烷在2种溶剂中穿梭所需克服的能垒均比由ALK链组成的轮烷低,并且前者在DMSO中穿梭所需克服的能垒比在水中的能垒要低.由联苯基团组成的轮烷比由联吡啶基团组成的轮烷的能垒要低很多.通过对自由能曲线进行分解表明,破坏联吡啶基团的溶剂化层是穿梭过程能垒形成的主要原因,因此采用疏水的联苯基团可大大降低该能垒高度;另一方面,由于PEG链比ALK链具有更强的亲水性,也导致穿梭过程能垒降低.此外,通过对2种计算方法进行比较发现,MW-ABF能够明显改善对构象空间的采样效率,加快收敛速度.

重要性采样方法与自由能计算

分子动力学模拟与自由能计算已经在化学、生物学与材料学等领域得到广泛的应用。然而,由于在传统分子动力学模拟的时间尺度内,体系很难跨越较高的自由能能垒,在相空间内的采样大大受限,采样困难使自由能计算难以收敛。增强采样是解决这一问题的有效途径,重要性采样方法就是其中一类。本文综述了四种广泛应用的重要性采样方法——伞状采样方法、metadynamics方法、自适应偏置力方法和温度加速分子动力学方法的原理和进展,其中重点概述了自适应偏置力方法的最新发展——扩展自适应偏置力方法和扩展广义自适应偏置力方法,并对这四种重要性采样方法的优缺点进行了比较。最后,讨论和展望了重要性采样与自由能计算方法面临的挑战和前景,并提出了对自适应偏置力方法可能的改进,如与加速分子动力学(aMD)或弦方法结合以提高在高维度空间中的采样效率。