本文關(guān)鍵詞：集合坐標(biāo)溫度加速的蛋白質(zhì)分子動(dòng)力學(xué)模擬，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：溫度加速的分子動(dòng)力學(xué)模擬(Temperature-Accelerated Molecular Dynamics or TAMD)可以有效地加速采樣。在該方法中,引入了一系列的虛擬自由度,同時(shí)耦合對(duì)應(yīng)的物理自由度,放到高溫下進(jìn)行模擬。其他的物理自由度則放在低溫下進(jìn)行模擬。由于虛擬自由度是在高溫下模擬,這樣他們具有更高的動(dòng)能以越過更高的勢壘(同時(shí)帶動(dòng)耦合的物理自由度越過勢壘)。對(duì)于整個(gè)體系,一部分自由度處于高溫,一部分自由度處于低溫,整個(gè)體系偏離正則分布。原有的方法沒有給出恢復(fù)正則分布的框架。在絕熱近似下,本文給出了恢復(fù)正則分布和系綜平均的方法。擴(kuò)大集合運(yùn)動(dòng)(amplified collective motion or ACM)方法是利用蛋白質(zhì)各向異性的彈性網(wǎng)絡(luò)模型,尋找蛋白質(zhì)運(yùn)動(dòng)頻率較慢的方向并進(jìn)行高溫加速采樣的方法。我們在這里把TAMD和ACM結(jié)合了起來,開發(fā)了ACM-TAMD方法。利用溫度加速的分子動(dòng)力學(xué)模擬,我們還研究了配體從乳糖阻遏蛋白質(zhì)中解離的過程。 在第1章中,我們介紹了一些相關(guān)的概念,以及一些常見的加速／加強(qiáng)采樣的方法。 在第2章中,我們詳細(xì)介紹了溫度加速的分子模擬在絕熱近似下恢復(fù)正則分布和系綜平均的方法。我們用正丁烷體系驗(yàn)證了該方法的準(zhǔn)確性,用丙氨酸二肽體系驗(yàn)證了該方法在加強(qiáng)采樣和恢復(fù)系綜平均、正則分布的方面的能力,用GB1多肽驗(yàn)證了結(jié)合ACM后的ACM-TAMD方法的有效性。 在第3章,利用溫度加速的分子動(dòng)力學(xué)模擬,我們研究了配體從乳糖阻遏蛋白的誘導(dǎo)物結(jié)合結(jié)構(gòu)域分離的過程。運(yùn)用TAMD方法,配體的解離可以在相對(duì)短的模擬時(shí)間中觀察到。這使得我們可以采樣更多的解離軌跡,進(jìn)行系統(tǒng)分析。根據(jù)TAMD的絕熱近似,除了一個(gè)自由度,其他所有的自由度都從室溫下的正則分布中進(jìn)行了采樣。因此,采樣分布和常溫下的正則分布是非常接近的,可以進(jìn)行有意義地統(tǒng)計(jì)分析。該工作用一種系統(tǒng)的方法來分析配體解離過程和各種蛋白質(zhì)構(gòu)象的坐標(biāo)波動(dòng)之間的相關(guān)性。該分析方法利用了相對(duì)熵,允許對(duì)線性和非線性相關(guān)性都加以考慮。將模擬和分析方法運(yùn)用到乳糖阻遏蛋白(LacR)的誘導(dǎo)物結(jié)合結(jié)構(gòu)域,發(fā)現(xiàn)配體從這種蛋白質(zhì)的分離過程中,主要與結(jié)合口袋周圍的幾個(gè)殘基側(cè)鏈的構(gòu)象波動(dòng)相關(guān)。此外,所述二聚體蛋白的兩個(gè)結(jié)合口袋是動(dòng)力學(xué)耦合的：誘導(dǎo)物占據(jù)一個(gè)結(jié)合口袋可以顯著降低或減緩另外一個(gè)結(jié)合口袋周圍的動(dòng)力學(xué)變化。
【關(guān)鍵詞】：溫度加速的分子動(dòng)力學(xué) 擴(kuò)大集合運(yùn)動(dòng) 絕熱加權(quán)重新估計(jì) 正則分 布 系綜平均 解離
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：Q51
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 引言11-12
• 1.2 蛋白質(zhì)分子模擬12-17
• 1.2.1 分子模擬的能量函數(shù)12-13
• 1.2.2 分子模擬的采樣問題13-17
• 1.3 蛋白質(zhì)分子動(dòng)力學(xué)模擬加強(qiáng)采樣方法17-23
• 1.3.1 meta-dynamics加強(qiáng)采樣方法17-18
• 1.3.2 aMD模擬方法18-19
• 1.3.3 ACM方法19-23
• 第2章 溫度加速采樣通過絕熱加權(quán)重新估計(jì)獲得正則分布和系綜平均23-55
• 2.1 引言23-26
• 2.2 理論和方法26-34
• 2.2.1 TAMD模擬的基本原理26-28
• 2.2.2 TAMD采樣分布在絕熱近似下重新估計(jì)常溫下的正則分布28-30
• 2.2.3 從蛋白質(zhì)的粗�；膹椥跃W(wǎng)絡(luò)模擬獲得集合坐標(biāo)30-31
• 2.2.4 測試體系和模擬細(xì)節(jié)31-34
• 2.3 結(jié)果和討論34-51
• 2.3.1 正丁烷(n-Butane)體系絕熱近似下加權(quán)重新估計(jì)的準(zhǔn)確性34-36
• 2.3.2 丙氨酸二肽體系的加速采樣36-40
• 2.3.3 丙氨酸二肽構(gòu)象自由能的區(qū)別40-44
• 2.3.4 丙氨酸二肽的系綜平均44-48
• 2.3.5 ACM-TAMD對(duì)顯式水溶液中GB1多肽的采樣的改善48-51
• 2.4 總結(jié)51-55
• 第3章 用TAMD研究配體從復(fù)合物上解離55-77
• 3.1 引言55-57
• 3.2 方法57-63
• 3.2.1 用TAMD方法對(duì)解離軌跡進(jìn)行模擬57-58
• 3.2.2 沿著解離軌跡對(duì)配體位置進(jìn)行分類58-60
• 3.2.3 分析蛋白質(zhì)構(gòu)象和配體位置的相關(guān)性60-62
• 3.2.4 模擬細(xì)節(jié)62-63
• 3.3 結(jié)果和討論63-73
• 3.3.1 解離軌跡63-64
• 3.3.2 對(duì)配體位置進(jìn)行聚類64-68
• 3.3.3 蛋白質(zhì)構(gòu)象和配體位置的可能相關(guān)性68-73
• 3.4 總結(jié)73-77
• 第4章 總結(jié)與展望77-79
• 參考文獻(xiàn)79-87
• 附錄87-91
• 致謝91-93
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文93

【共引文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：集合坐標(biāo)溫度加速的蛋白質(zhì)分子動(dòng)力學(xué)模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：460740