分子動力學模擬研究脂肪酶的催化機理詳解演示文稿

分子動力學模擬研究脂肪酶的催化機理詳解演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有21頁\編輯于星期五優(yōu)選分子動力學模擬研究脂肪酶的催化機理現(xiàn)在是2頁\一共有21頁\編輯于星期五定義：脂肪酶（Lipase）又稱甘油酯水解酶，是指分解或合成高級脂肪酸和丙三醇形成的甘油三酯酯鍵的酶。一、脂肪酶的概述現(xiàn)在是3頁\一共有21頁\編輯于星期五脂肪酶基本組成單位僅為氨基酸，通常只有一條多肽鏈。它的催化活性僅僅決定于它的蛋白質結構。不同類型的脂肪酶具有非常相似的立體結構脂肪酶的氨基酸順序可能有較大的差別,但卻具有相似的折疊方式和活性中心。脂肪酶的結構特點：現(xiàn)在是4頁\一共有21頁\編輯于星期五同源區(qū)段：His-x-y-Gly-Z-Ser-W-Gly或Y-Gly-His-Ser-W-Gly(X,Y,W,Z是可變的氨基酸殘疾）活性中心是絲氨酸殘基，正常情況下受1個a-螺旋蓋保護在底物(如醇、酸或酷等)存在的情況下,酶的構象發(fā)生變化,脂肪酶與油/水界面的締合作用使得“蓋子”打開,含有活性部位的疏水部分就暴露出來脂肪酶的結構特點：現(xiàn)在是5頁\一共有21頁\編輯于星期五脂肪酶催化的反應：現(xiàn)在是6頁\一共有21頁\編輯于星期五脂肪酶廣泛存在于動物植物和微生物中。植物中含脂肪酸較多的是油料作物的種子，當油料種子發(fā)芽時，脂肪酶能與其他的酶協(xié)同發(fā)揮作用催化分解油脂類物質生成糖類，提供種子生根發(fā)芽所必須的養(yǎng)料和能量；細菌，真菌和酵母中的脂肪酶含量更為豐富。微生物脂肪酶：細菌28個屬放線菌4個屬酵母菌10個屬其他真菌23個屬脂肪酶的來源及用途：現(xiàn)在是7頁\一共有21頁\編輯于星期五食品工業(yè)制藥制備化工產(chǎn)品和試劑造紙工業(yè)工具酶生物柴油生物傳感器現(xiàn)在是8頁\一共有21頁\編輯于星期五粒子的運動取決于經(jīng)典力學(牛頓定律（F=ma）二、分子動力學模擬現(xiàn)在是9頁\一共有21頁\編輯于星期五分子動力學方法基礎：原理：計算一組分子的相空間軌道，其中每個分子各自服從牛頓運動定律：初始條件：現(xiàn)在是10頁\一共有21頁\編輯于星期五在分子體系的不同狀態(tài)構成的系綜中抽取樣本,從而計算體系的構型積分,并以構型積分的結果為基礎進一步計算體系的熱力學量和其他宏觀性質；通過求解所有粒子的運動方程，分子動力學方法可以用于模擬與原子運動路徑相關的基本過程；能得到原子的運動軌跡,還能象做實驗一樣作各種觀察；分子動力學方法是確定性方法，一旦初始構型和速度確定了，分子隨時間所產(chǎn)生的運動軌跡也就確定了。分子動力學方法特征：現(xiàn)在是11頁\一共有21頁\編輯于星期五動力學程序：做生物大分子模擬認可度比較高的動力學程序GROMACS,AMBER,CHARMM。GROMCS是由GroningenUniversity開發(fā)的用于研究生物分子體系的分子動力學程序包特點：可以用分子動力學、隨機動力學或者路徑積分方法模擬溶液或晶體中的任意分子,進行分子能量的最小化,分析構象等現(xiàn)在是12頁\一共有21頁\編輯于星期五Amber的簡介：Amber是著名的分子動力學軟件，用于蛋白質、核酸、糖等生物大分子的計算模擬。Amber也指一種經(jīng)驗力場(empiricalforcefields)。力場和代碼是分開的，一些軟件中包含amber力場,而其他的力場也包含在此amber的軟件中。AMBER提供兩部分內容：用于模擬生物分子的一組分子力學力場（無版權限制，也用于其它一些模擬程序中）；分子模擬程序軟件包，包含源代碼和演示（有版權限制，需要購買）現(xiàn)在是13頁\一共有21頁\編輯于星期五實驗部分：南極甲絲酵母脂肪酶B（CALB）晶體中的兩個糖分子(NAG)由于遠離CALB活性中心區(qū)域在進行分子動力學模擬前去除,CALB晶體中的92個水分子具有維護脂肪酶構象穩(wěn)定的作用予以保留CALB中的Arg,Lys,AsP,HisandGlu兩性殘基的電離狀態(tài)取PH=7時的電離狀態(tài)1、酶的預處理現(xiàn)在是14頁\一共有21頁\編輯于星期五2、溶劑模型的參數(shù)化分子動力學模擬所用到的甲醇(MET),丙酮(ACE),四氫吠喃(THF),氯仿(CHCL3),環(huán)戊烷(CPT),正己烷(HEX)溶劑模型按以下方法進行參數(shù)化：溶劑分子的空間參數(shù)通過GauSSian98軟件在HF/6一31G*水平上在真空狀態(tài)下優(yōu)化計算得到溶劑分子的電荷通過使用AMBER10軟件包中的RESP程序對溶劑分子的電勢能進行擬合得到現(xiàn)在是15頁\一共有21頁\編輯于星期五3、分子動力學模擬首先對酶溶劑體系進行能量優(yōu)化(500

steepest

descent算法優(yōu)化然后500步conjugate

gradient算法優(yōu)化)將酶溶劑體系在20ps內緩慢的從0K升溫至300K,在整個升溫過程中CALB中的所有以原子通過使用諧振勢能進行位置限定將升溫后的酶溶劑體系在300K,1個標準大氣壓下進行完全分子動力學模擬,模擬中所用的時間間隔為lfs,模擬總時長為5ns現(xiàn)在是16頁\一共有21頁\編輯于星期五4、QM/MM模擬構建了CALB的四面體結構來近似的代替CALB的過度態(tài)在300K1個標準大氣壓下進行20Ps的QM/MM模擬在QM/MM模擬過程中SER105,ASP187,HIS224,底物采用QM方法進行處理;其余部分采用MM的方法進行處理現(xiàn)在是17頁\一共有21頁\編輯于星期五四、結果與討論1、CALB總體構象變化現(xiàn)在是18頁\一共有21頁\編輯于星期五在所有溶液中,模擬體系均很快的到達平衡狀態(tài)CALB骨架原子與初始結構骨架原子的RMSD在所有有機溶劑中變化都不大,在趨勢CALB骨架原子與初始結構骨架原子的RMSD的值隨著溶劑極性的增加而減小RMSD:CALB骨架原子位置與初始結構骨架原子的位置最小算數(shù)平方根現(xiàn)在是19頁\一共有21頁\編輯于星期五與初始結構相比,CALB中大約90%的β-Sheet結構保存完好,而且β-She