蛋白质解折叠的拉伸分子动力学模拟效率优化

拉伸分子动力学(SMD)模拟是揭示生物大分子在机械力作用下行为的一种重要计算方法,与蛋白质展开的单分子力谱实验技术相似.尽管SMD模拟已经广泛应用,但由于模拟大分子系统的计算需求,研究范围受到限制.最近计算机硬件的技术进步使得更广泛且经济的模拟成为可能.本研究基于白细胞介素-6(IL-6)的解折叠过程,寻找使用GROMACS进行SMD模拟的最佳硬件配置.研究表明,目前八核中央处理器(CPU)与一块图形处理器(GPU)的配置能提供最高效的性能.此外,具有更高频率的CPU和更强FP32计算能力的GPU可以显著提升模拟效果.此外,模拟体系原子数与模拟效率呈负相关,体系原子数小于1.2×10^(7)时这种相关性较为明显.本研究不仅明确了进行蛋白质展开的SMD模拟的最佳硬件设置,还将这种详细分子研究的可行性扩展到更广泛的研究中,为分子水平理解力学机制提供了一条更高效的途径,也为未来理解和研究更复杂的高分子在力学作用下的行为提供了重要基础.

M^(pro)-C蛋白三维结构域交换的机理:来自分子模拟的线索(英文)

SARS冠状病毒主蛋白酶(Mpro)在病毒的蛋白酶切过程中发挥着重要作用.Mpro的晶体结构显示它存在两种形式的二聚体:一种是发生三维结构域交换的形式,另一种是非交换的形式.Mpro的C端结构域(Mpro-C)单独表达时也能形成与全长Mpro类似的三维结构域交换二聚体.三维结构域交换通常发生在蛋白质的表面,但Mpro-C的结构域交换却发生在疏水核心.在本文中,我们利用分子动力学模拟及三维结构域交换预测算法研究了Mpro-C中被高度埋藏的核心螺旋片段发生交换的机理.我们发现基于结构与基于序列的已有算法都不能正确预言出Mpro-C和Mpro中发生结构域交换的铰链区位置.分子模拟结果表明Mpro-C中的交换片段在天然态下埋藏得很好,但在变性单体中则会被释放并暴露在外面.因此,在完全或部分解折叠状态下交换片段的打开有助于促进单体间的相互作用及结构域交换二聚体的形成.

蛋白质在固态纳米孔中的易位行为

纳米孔是目前单分子检测的一项重要技术。除了DNA,蛋白质也成为纳米孔研究的重点对象。作者以血清蛋白为例,研究了蛋白质在氮化硅纳米孔中的易位行为,并对蛋白质的易位事件进行了分析。和DNA相比,蛋白质本身的荷电和结构特性,使其进入纳米孔的通量较低,同时,蛋白质和纳米孔表面存在吸附现象,减慢了蛋白质在纳米孔中的易位速度。当电压增大时,蛋白质的易位事件增加,过孔速度加快,吸附现象减弱。不过,在高电压下,蛋白质在电场力的拉扯下构象发生变化,出现部分或者全部解折叠。这些结果表明纳米孔提供了一个独特的获得蛋白质结构和功能信息的检测平台,可为蛋白质相关疾病的诊断和治疗提供技术支持。