基于温度副本交换分子动力学模拟方法研究温度致H1小肽结构变化特征

采用GROMOS43A1力场,用温度副本交换分子动力学模拟方法研究水溶液中H1小肽在4个不同温度下的结构特征.选择H1小肽的初始构象分别为α螺旋和β折叠片,完成了两组独立的36个温度副本交换的分子动力学模拟,一组从α螺旋出发的模拟用来对该小肽的结构特征进行研究,另一组从β折叠片出发的模拟用于验证构象采样的收敛性,每个副本的模拟时间为300ns,共计模拟时间长达21.6μs.在此基础上,研究了H1小肽在温度300K、330K、350K和370K下的结构特征,分析了其主链二面角分布、天然氢键数、β转角的形成概率以及不同温度下偏好采样构象的变化特征等.模拟结果表明,在4个不同温度下,均能够采样到同β折叠片结构的Cα原子均方根偏差最小为0.05nm的构象类,该构象类在4个不同温度300K、330K、350K和370K下分别包含了全部构象的39%、23%、13%和11%.GROMOS43A1力场在刻画小肽的结构方面具有一定的精度,但是在描述氢键方面仍需要加强,H1小肽在不同温度下结构特征的比较能够为分子力场的优化提供重要的帮助.

力学环境下成纤维细胞生物学响应研究

力学环境对细胞的生物学效应产生广泛的影响,不同组织细胞对力学环境有不同的生物学响应.力学刺激下,细胞的形态和骨架发生规律性变化,并促进抑制细胞的增殖与迁移;细胞感受力学环境变化并产生生物学响应,通过相关的信号通路完成力信号转导,从而调控细胞力学生物学效应.综述力学环境下成纤维细胞骨架、形态、增殖、迁移等生物学效应,总结力生物学响应,为与成纤维细胞相关疾病的研究提供基础.

不同叶位对植物叶片延迟发光的实验研究

利用BPCL型微弱发光测量仪测量了袋鼠花同一枝条上不同叶位的叶片超弱发光的变化;利用紫外可见分光光度计测定了与生理状态相关的过氧化物岐化酶(SOD)、叶绿素含量随叶位的变化规律。结果发现:随叶龄的增加,叶片的自身超弱发光强度和延迟发光衰减参数先增加,然后达到一个相对稳定阶段,随后又开始减弱;SOD、叶绿素的活性改变与超弱发光之间有一定的联系,叶片在生长过程中叶绿素含量逐渐降低,SOD活性随叶龄的增加是下降的。认为衰老是生物体系生理状态变化的体现,超弱发光可以作为一个整体性指标从体系内部各组成之间的相互关系上研究叶片的衰老过程及衰老机理。

高压诱导小蛋白Chignoli变性的分子动力学研究

在温度为300K,压强为200、1000和2000MPa时,分别对小蛋白Chignolin进行了50ns的分子动力学模拟,模拟中考虑了水的压缩性系数随压强的改变情况.结果表明,在高压下Chignolin的构象产生非常显著的变化,出现了完全去折叠.通过研究水和Chignolin之间氢键作用发现,两者之间的氢键数目变化趋势与蛋白质构象变化相一致.进一步研究还发现,压强的增大还会抑制Chignolin的去折叠;同时对高压诱导小蛋白变性的机理进行了分析.

残基突变对P53-DNA结合域肽段构象影响的分子动力学模拟

基于分子动力学模拟方法研究了R249S、R248W和G245S突变对P53-DNA结合域肽段(残基230-258)结构的影响.采用GROMACS软件包和GROMOS43A1分子力场,分别对野生型wtP53肽段、单点突变型P53-R249S肽段、两点突变型P53-R249S/R248W肽段和三点突变型P53-R249S/R248W/G245S肽段进行了4组独立的分子动力学模拟,每组体系模拟时间为500ns.研究结果表明:R249S单残基突变影响肽段残基形成二级结构的情况,但不改变肽段三维结构的模式,同时使该肽段结构相对稳定;R249S和R248W两残基同时突变会加剧R249S突变对肽段的影响,同时导致三维结构发生较大变化,构象弯曲呈现双turn结构,肽段稳定性进一步增大;G245S突变对肽段的影响与R249S和R248W同时突变对其结构的影响相反,在两残基突变的基础上,G245S突变会使原突变引起的变化减弱甚至消失,同时使得该肽段结构稳定性减小.该研究对认识肿瘤致病分子机制和设计新药物有重要意义.

分子动力学模拟Cu2＋对α-突触核蛋白(1-17)肽段构象变化的影响

利用分子动力学模拟研究铜离子(Cu2+)对α-突触核蛋白1-17号氨基酸肽段(α-synuclein(1-17))构象变化的影响,采用GROMOS 43A1力场对Cu2+-α-synuclein(1-17)复合体和α-synuclein(1-17)肽段单体分别进行了6组独立的分子动力学模拟,每组模拟时间为500ns,总模拟时间为3μs.研究结果表明:Cu2+与α-synuclein(1-17)肽段结合使其更易向β折叠片结构折叠,促进了其二级结构的形成,增强了构象的稳定性;Cu2+增大了α-synuclein肽段疏水残基的溶剂可及表面积,增强了其疏水残基的暴露程度.自由能分析指出,Cu2+-α-synuclein(1-17)复合体的自由能比α-synuclein(1-17)肽段低,构象稳定,采样空间紧密,其自由能极小构象为β折叠片结构.构象聚类分析进一步表明,Cu2+使得α-synuclein(1-17)肽段构象趋于稳定.总之,Cu2+诱导固有无序蛋白α-synuclein(1-17)肽段由无序向有序转变,降低了构象的自由能,同时Cu2+增强了α-synuclein(1-17)肽段的疏水性,使得α-synuclein肽段因疏水作用更倾向于形成β折叠片结构,加速其疏水性聚集.

抗菌肽与细胞膜相互作用机制的分子动力学模拟研究

抗菌肽由于其具有天然抗菌特性,且对生物体毒副作用小,有望作为新一代抗菌药物而得到了广泛的关注.作为研究生物大分子的有效工具,分子动力学模拟技术被用来研究抗菌肽的抗菌机制及与细菌膜的相互作用.回顾近年来抗菌肽与膜相互作用分子动力学模拟研究,理清利用全原子模型和粗粒化模型模拟抗菌肽与细菌膜作用情况,包括模拟力场的选择、细菌膜模型的建立,以及利用模拟得到肽/膜作用信息等,对了解抗菌肽的抗菌活性及新药设计提供帮助.

抗菌肽LL-37与细菌膜POPG相互作用的分子动力学模拟研究

作为先天免疫系统的主要成分,人源抗菌肽LL-37在保护人类对抗疾病方面起了重要的角色.残基肽段17-29（FK-13）被认为是LL-37行使抗菌功能的核心区域,LL-37能对带负电的细菌膜产生破坏作用,其抗菌活性与二级结构的变化情况有关.用分子动力学模拟的方法研究了抗菌肽段FK-13与带负电的细菌膜POPG的相互作用.研究发现,库仑作用会使FK-13快速靠近膜的表面,然后像地毯一样覆盖在膜的表面;FK-13仍旧保持部分螺旋结构,并通过引起膜的扰动对膜产生破坏,以实现抗菌功能,而残基18-22是与膜作用的关键残基.研究FK-13与膜的相互作用,不仅可以从原子层面上了解LL-37对细菌膜作用的机理,也为基于LL-37设计高效抗菌药物提供帮助.

分子动力学模拟研究穿膜肽bLFcin6与不同磷脂双层膜的相互作用

穿膜肽是一类由5-30个氨基酸残基组成的有穿膜能力的小分子多肽,可携带各种物质进入细胞内部,发挥各自生物学活性.bLFcin6是一种新的细胞穿透肽,选取含有4-9个残基的bLFcin6为研究对象,用Pymol软件来构建肽的初始结构并下载膜DPPC,POPC,POPG的结构,在优化后搭建肽-膜的初始体系.每个体系模拟了500ns,对肽用GROMOS53a6力场处理,对膜用Berger力场处理,温度设置为323K.在这3个体系中,bLFcin6进入到DPPC的羰基端并与疏水的尾部相互作用;bLFcin6能进入到POPG的亲水头部,不能更深的插入到内部;bLFcin6并不能接触到膜上.分析了在不同氨基酸与膜带电基团之间氢键的形成,发现了带正电的精氨酸在肽-膜之间的相互作用起了一个重要的角色.计算了在不同的氨基酸和膜的质心之间的距离,发现肽的N端首先接触到DPPC和POPG的膜上.此外,不同膜对bLFcin6穿膜能力的影响与脂质分子的结构有关.BLFcin6对不同膜有不同的渗透能力.我们重点强调了精氨酸的重要性,与先前实验和模拟中得到的结果是一致的,这为进一步探究bLFcin6的穿膜机制提供了一定的帮助.

基于分子动力学模拟研究温度致Aβ42蛋白构象变化

基于分子动力学模拟方法研究了不同温度对Aβ42蛋白结构的影响。模拟选用GROMACS软件包和GROMOS 43A1分子力场,在300 K、340 K和380 K下分别进行60 ns的分子动力学模拟。通过计算原子均方根涨落、回旋半径、二级结构形成几率等参数,分析了Aβ42蛋白结构的稳定性、二级结构及三级结构形成。研究发现:该蛋白在三种不同温度下,都没有稳定结构,表现出固有无序特征,温度会导致结构特征发生显著变化;在高温(380 K)时,会产生α螺旋向β折叠转换的趋势。

基于分子动力学模拟研究pH对抗菌肽LL-37结构的影响

目的研究溶液p H变化对抗菌肽LL-37结构的影响。方法利用分子动力学模拟方法,采用GROMACS软件包和OPLS-AA力场,分别在中性和强碱性条件下对LL-37进行模拟,总模拟时间达1微秒,最后对模拟轨迹进行分析处理。结果LL-37在中性环境下具有部分螺旋结构存在,特别是N端部分残基,结构具有较大柔性;在强碱性环境下,螺旋含量增多,抗菌核心区域残基形成螺旋结构的几率明显增大,结构稳定性增强。结论 p H值的增大会促进LL-37螺旋结构的形成,螺旋结构的形成和与膜结合是协同的。N端残基易形成螺旋,然后是抗菌核心区域。LL-37在中性环境下的结构特征与其行使多功能的角色相一致。该研究首次分析了LL-37在中性环境下的结构特征及p H的影响,有助于认识其抗菌机制及新药设计。

分子动力学模拟研究NCBD与TAD相互作用的构象变化

P53是固有无序蛋白,在细胞信号转导网络中,起着非常重要的作用,它能引导细胞的降解死亡等.P53和CBP是多位点结合,其中P53的TAD的结构域与CBP的NCBD结构域之间的结合,对P53与DNA形成四聚体起到关键的作用.对apo-TAD,apo-NCBD和复合物进行了500ns分子动力学模拟,分析了三个体系的Cα原子的均方根偏差(RMSD)和均方根涨落(RMSF)以及回旋半径(Rg).分析结果表明复合物比apo-TAD和apo-NCBD单体更稳定,尤其是结合位点附近的残基.

固有无序蛋白质(IDPs)的预测和分子动力学模拟研究

固有无序蛋白质是一类在生理状态下没有固定三维结构,却可以发挥正常生物学功能的蛋白质.对这类蛋白质系统深入的研究丰富了人们对蛋白质生物学功能的认识.固有无序蛋白质预测经过十多年发展,已经成为发现新固有无序蛋白质的重要工具;而分子动力学模拟则为我们从微观上研究固有无序蛋白构象变化过程、分析固有无序蛋白与其他分子的相互作用,以及揭示这类蛋白质的特征等发挥了不可替代的作用.

DSS1对蛋白质PCID2构象稳定性影响的分子动力学研究

PCID2和DSS1是TREX2复合体中的成分,DSS1作为子复合体之间的粘合剂在复合体中主要与PCID2结合.研究发现,DSS1在复合体中起稳定PCID2的作用.利用分子动力学模拟研究无序蛋白DSS1与PCID2的相互作用,结果表明:未结合DSS1的单体PCID2蛋白构象不稳定,与DSS1结合后的PCID2蛋白构象明显变得更稳定,特别是与DSS1结合处的构象,与实验得出的结论一致.研究DSS1对PCID2的作用,不仅可以为了解PCI蛋白提供分子基础,也为深入了解TREX复合体在核酸输出中的功能提供帮助.

超声治疗生物体焦域温度理论研究

本文研究了在凹球面聚焦换能器作用下,一生物体软组织的温度升高情况。通过生物热传导方程,运用分离变量的方法,推导出了超声作用于生物软组织,焦域温度随时间变化的解析解形式。并通过实验模拟出软组织内焦域温度随时间的变化情况。

石墨烯场效应管传感器关键工艺虚拟仿真实验建设

科教融合,利用现代信息技术,把实验室高水平科研成果转化为虚拟仿真实验教学资源,开发了石墨烯场效应管传感器关键工艺虚拟仿真实验。该实验实现了甲烷气体生长为石墨烯、石墨烯演变为场效应管器件及最终实现传感功能等完整工艺流程,实验内容丰富,涉及多个学科的知识,有助于培养学生多学科交叉思维的意识和能力。

德州地区野生黄伞菌种分离及发酵条件的初步研究

首次在德州发现野生黄伞,并成功分离、保种,得到菌种命名为DZS1。通过单因素试验对其液体发酵培养条件初步优化,确定了DZS1摇瓶发酵的最适摇瓶发酵工艺条件:起始pH值6.0,培养温度24℃,摇床转速165 r/min,摇瓶装量100 mL(250 mL摇瓶)。在此工艺基础上测定了DZS1的生长曲线。

N^+注入对大豆种子发芽率及幼苗生理特性的影响

为了揭示幼苗生理生化指标的变化规律与N+离子注入能量、剂量的内在关系,探索不同大豆品种适宜N+离子注入能量及剂量,以4个大豆品种齐黄34(Q34)、德豆99-16(D99-16)、冀豆12(J12)、荷豆12(H12)为材料,采用6个处理(15 ke V,2.4×1013N+·m-2;15 ke V,4.8×1013N+·m-2;15 ke V,7.2×1013N+·m-2;25 ke V,2.4×1013N+·m-2;25 ke V,4.8×1013N+·m-2;25 ke V,7.2×1013N+·m-2),研究了N+注入对大豆种子发芽率及幼苗的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)的活性、丙二醛和可溶性蛋白含量等生理指标的影响。结果表明:在一定的N+注入的能量剂量范围内,随注入能量和剂量的增加,种子的发芽率、SOD、POD、CAT的活性、可溶性蛋白含量都表现为先增后降的变化趋势,而丙二醛含量的变化趋势与之相反。促进幼苗生长的各品种适宜N+注入能量和剂量值分别为D99-16和J12:15 ke V、4.8×1013N+·m-2;H12:15 ke V、7.2×1013N+·m-2;Q34:25 ke V、2.4×1013N+·m-2。诱变育种宜采用的能量、剂量值为J12、H12、D99-16:25 ke V,2.4×1013N+·m-2,Q34:大于25 ke V,7.2×1013N+·m-2。

miRNA的异构体——isomiR

最近,深度测序技术揭示:同一个miRNA前体可能由于Drosha或Dicer的剪切位点改变,外切核酸酶介导的miRNA末端缩短,miRNA编辑或miRNA 3'末端无需模板的核苷酸添加等4种原因,而形成多种长度或序列不同的miRNAs异构体—isomiR.因为这些isomiR与已注解的miRNA可以调节同一个靶标,也可以靶向不同的靶标,所以它们不仅扩大了miRNA调节的范围,而且还有可能代表了每种miRNA基于isomiR的一种微型调节网络.研究发现,isomiR的表达具有细胞、组织、发育和疾病状况等特异性,并且很多人类疾病的致病机制也与它们有关,推测isomiR将来不仅有可能成为疾病诊断或治疗的生物学标记或靶标,而且相关的研究还对于RNA干扰技术也具有重要的指导意义.本文主要综述了isomiR的研究进展,并对isomiR应用前景做了展望.

固有无序蛋白质无序区和有序区氨基酸组成偏好性分析

以固有无序蛋白质为研究对象,通过CD-HIT对数据进行去冗余处理,然后利用编程软件对数据进行统计而得到新的数据。对所有无序区及有序区的氨基酸含量进行对比,认为氨基酸Val、Ile、Leu、Phe、Trp、Asn、Tyr、His具有形成有序结构的偏好性;氨基酸Pro、Ser、Gln、Asp、Lys具有形成无序结构的偏好性。研究结论有助于进一步挖掘固有无序蛋白质的序列特征,并为固有无序蛋白质的预测提供一些借鉴。