[發(fā)明專利]一種通過分子動(dòng)力學(xué)模擬不同超聲環(huán)境并在該環(huán)境下分析蛋白結(jié)構(gòu)的方法

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• 申請(qǐng)日: 2022-08-04
• 公開（公告）號(hào): CN115565602A
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 薛友林;聶豪男;馬崢;董輝;李煒軒;王曉文;張俊偉;彭雪;王寧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 遼寧大學(xué)
• 主分類號(hào): G16B15/20
• 分類號(hào): G16B15/20;G16C10/00;G06F30/20;G06F30/25;G06F119/14
• 代理公司: 沈陽杰克知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21207
• 代理人: 王洋

一種通過分子動(dòng)力學(xué)模擬不同超聲環(huán)境并在該環(huán)境下分析蛋白結(jié)構(gòu)的方法：1)從蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫獲取一種蛋白質(zhì)的晶體構(gòu)型。2)選擇力場(chǎng)，創(chuàng)建盒子。3)在所創(chuàng)立的盒子中添加離子中和系統(tǒng)，為了消除不合理的能量勢(shì)壘，進(jìn)行能量最小化。4)對(duì)上述建立的體系進(jìn)行預(yù)平衡。5)預(yù)平衡結(jié)束后使用GROMACS軟件對(duì)不同超聲波條件下的提取的蛋白質(zhì)進(jìn)行模擬。6)通過不同的軟件對(duì)模擬之后得到的軌跡文件進(jìn)行處理，再結(jié)合可視化軟件得到有關(guān)蛋白結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)圖像。本發(fā)明通過上述方法，模擬結(jié)果與接近于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，更加深入探究了超聲波對(duì)蛋白結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及分子動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種通過分子動(dòng)力學(xué)模擬不同超聲環(huán)境并在該環(huán)境下解析蛋白結(jié)構(gòu)的方法。

背景技術(shù)

分子動(dòng)力學(xué)是一種分析系統(tǒng)中原子和分子物理運(yùn)動(dòng)的計(jì)算機(jī)模擬方法，也是分子力學(xué)中最重要也是應(yīng)用最廣泛的一種方法。此方法推動(dòng)了生物大分子動(dòng)態(tài)模型的進(jìn)程，表明了生物大分子內(nèi)部原子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及對(duì)應(yīng)的生物大分子形態(tài)變化對(duì)生物大分子的功能特性的影響。目前，由于實(shí)驗(yàn)過程中條件的限制，往往難以在原子水平上直接觀察生物大分子的動(dòng)態(tài)變化。使用分子動(dòng)力學(xué)(MD)模擬來模擬生物大分子的相關(guān)行為，可以揭示否則可能無法獲得的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)細(xì)節(jié)。并且通過將實(shí)驗(yàn)室據(jù)和模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，可以更將準(zhǔn)確的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)猜想以及推動(dòng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。現(xiàn)在，MD模擬已成為一種強(qiáng)大且通用的基于物理的方法，用于了解生物分子的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)。

超聲作為一種新穎的、綠色的、創(chuàng)新的和可持續(xù)的技術(shù)，已被各個(gè)領(lǐng)域廣泛關(guān)注。已有研究表明，超聲波技術(shù)可以改變多種植物蛋白的空間結(jié)構(gòu)并提高其功能性質(zhì)，如乳化性、起泡性和凝膠性等，但是超聲波對(duì)于根莖類作物的儲(chǔ)藏蛋白的影響鮮有報(bào)道。

本發(fā)明利用分子動(dòng)力學(xué)模擬不同超聲環(huán)境，本且分析在不同環(huán)境下山藥蛋白結(jié)構(gòu)的改變情況進(jìn)而分析分析山藥蛋白功能特性的變化情況。

發(fā)明內(nèi)容

為了更加深入理解超聲波對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響，本發(fā)明提供了一種通過分子動(dòng)力學(xué)模擬不同超聲環(huán)境并在該環(huán)境下解析蛋白結(jié)構(gòu)的方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種通過分子動(dòng)力學(xué)模擬不同超聲環(huán)境并在該環(huán)境下分析蛋白結(jié)構(gòu)的方法，包括如下步驟：

1)從蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫獲取一種蛋白質(zhì)的晶體構(gòu)型。

2)選擇力場(chǎng)，創(chuàng)建盒子。

3)在所創(chuàng)立的盒子中添加離子中和系統(tǒng)，為了消除不合理的能量勢(shì)壘，進(jìn)行能量最小化。

4)對(duì)上述建立的體系進(jìn)行預(yù)平衡。

5)預(yù)平衡結(jié)束后使用GROMACS軟件對(duì)不同超聲波條件下的提取的蛋白質(zhì)進(jìn)行模擬。

6)通過不同的軟件對(duì)模擬之后得到的軌跡文件進(jìn)行處理，再結(jié)合可視化軟件得到有關(guān)蛋白結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)圖像。

步驟2)中，使用OPLS-AA全原子力場(chǎng)，將提取的蛋白質(zhì)置于周期性八面體盒子中，且提取的蛋白質(zhì)與盒子之間的最小距離設(shè)置為1.0nm，并將TIP3P水模型添加到盒子中進(jìn)行溶劑化。

步驟3)中，添加適當(dāng)數(shù)量的Na+和Cl-離子以中和系統(tǒng)，離子強(qiáng)度保持在0.10 mol/L。使用最陡下降算法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行8000步的能量最小化。遠(yuǎn)程相互作用使用粒子網(wǎng)格 Ewald(PME)方法進(jìn)行處理，范德華作用使用cut-off法來處理，并將距離截?cái)嘀翟O(shè)置為使用V-rescale恒溫器來控制系統(tǒng)溫度為300K，使用Berendsen恒壓器控制壓力。

步驟4)中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)平衡的具體方法為：在NVT系綜下，保持原子數(shù)目、系統(tǒng)體積和溫度恒定，系統(tǒng)壓力改變對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行100ps的平衡，步長(zhǎng)設(shè)置為2fs；在NPT系綜下，保持原子數(shù)目、系統(tǒng)壓力和溫度恒定，系統(tǒng)體積改變，對(duì)系統(tǒng)同樣進(jìn)行100ps的平衡，步長(zhǎng)設(shè)置為2fs。