氫鍵統(tǒng)計(jì)的案例
在MS中基于perl腳本實(shí)現(xiàn)氫鍵統(tǒng)計(jì)
不僅如此，我們的腳本還實(shí)現(xiàn)了對在分子內(nèi)氫鍵，分子間氫鍵的區(qū)分統(tǒng)計(jì)，如組分?jǐn)?shù)目角度，腳本也可以靈活修改，以適應(yīng)組分的變化。另外，腳本還能夠加入統(tǒng)計(jì)隨時(shí)間變化各組分氫鍵的平均值變化情況。
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基于MS的氫鍵分析腳本介紹
分子間氫鍵顯著影響著聚合物鏈之間的相互作用。根據(jù)自由體積理論，分子間氫鍵的存在提高了聚合物分子鏈之間的引力，使得自由體積降低且聚合物達(dá)到臨界自由體積分?jǐn)?shù)所需要的能量升高。此外，分子鏈間的引力升高也導(dǎo)致分子鏈滯后損失增大，阻尼值也隨之升高。因此在研究過程中，我們時(shí)常需要對氫鍵數(shù)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
為了獲得氫鍵的相關(guān)信息，我們首先要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)計(jì)算,MD模擬的求解過程通常包括以下四個(gè)步驟[81]: (1)選取合適的模型(包括力場的確定?系綜的選取和邊界條件的確定);(2)設(shè)定初始條件;(3)動(dòng)力學(xué)演化(通過一系列動(dòng)力學(xué)平衡過程使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定的平衡態(tài))和統(tǒng)計(jì)計(jì)算物理量(包括原子平均動(dòng)能和速度相關(guān)函數(shù)等)?力場是包含系統(tǒng)所有粒子間相互作用勢的函數(shù),是MD模擬結(jié)果可靠與否的首要因素?適合聚合物體系的力場包括PCFF?CVFF?DREIDING、COMPASS?為了確保模擬體系各原子所受合力一致和密度的均一穩(wěn)定分布，引入統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)中的系綜概念，在實(shí)際工作中經(jīng)常遇到的則是正則(NVT)或者等溫等壓(NPT)系綜?通過引入熱浴(Brendsen?Anderson和Nose-Hoover等)實(shí)現(xiàn)對動(dòng)力學(xué)模擬過程中溫度的控制，從而使體系能夠在NVT或NPT系綜下實(shí)現(xiàn)MD模擬。
在動(dòng)力學(xué)計(jì)算結(jié)束之后，我們就可以對氫鍵的相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行分析。如最后一幀氫鍵數(shù)目，每一個(gè)氫鍵的長度，氫鍵角度等。
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展開 基于Gromacs的蛋白分子識(shí)別研究
圖4 APOE3和APOE4蛋白氨基酸殘基的柔性分布（a）以及各個(gè)區(qū)域在復(fù)合物結(jié)構(gòu)中的位置（b）
VAMP2與APOE蛋白相互作用分析
氫鍵是生物大分子維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要作用力之一，也是蛋白-蛋白相互作用的重要形式。因此，為了進(jìn)一步分析VAMP2與APOE2，APOE3和APOE4蛋白的相互作用，本文對MD模擬過程中VAMP2與APOE蛋白之間的氫鍵數(shù)量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，如圖5a所示。從圖中可以看出，模擬過程中APOE4與VAMP2之間的氫鍵數(shù)量一直比APOE3，APOE2更多，平均值分別為16.74和12.20，15.42.
氫鍵作用是可以增強(qiáng)VAMP2與APOE蛋白之間的親和力，為了進(jìn)一步評價(jià)蛋白之間親和力的大小差異，圖5b給出了APOE2，APOE3和APOE4蛋白與VAMP2在模擬過程中的結(jié)合自由能隨模擬時(shí)間的變化。從圖中可以看出，APOE蛋白與VAMP2的結(jié)合能在60 ns之后基本穩(wěn)定，APOE2，APOE3和APOE4與VAMP2的結(jié)合能平均值分別為-548.851±116.578 kJ/mol，481.21±110.52 kJ/mol和-568.57±140.47 kJ/mol。
通過分析APOE蛋白與VAMP2之間的氫鍵作用和結(jié)合能，可以發(fā)現(xiàn)VAMP2與APOE4之間的氫鍵作用更強(qiáng)，進(jìn)而使得二者的親和力也更強(qiáng)。
圖5 APOE蛋白與VAMP2之間氫鍵數(shù)量（a）和結(jié)合能（b）隨MD模擬時(shí)間的變化
APOE3和APOE4與VAMP2結(jié)合的差異
為了進(jìn)一步研究VAMP2與APOE蛋白結(jié)合的差異，圖6給出了VAMP2蛋白在APOE表面的結(jié)合模式。從圖中可以看出，VAMP2蛋白主要依靠結(jié)構(gòu)中間的α螺旋與APOE蛋白進(jìn)行結(jié)合，主要結(jié)合在APOE蛋白的親水性凹槽中，因此可以推測親水作用是二者的分子識(shí)別過程中的關(guān)鍵作用力之一。
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