Parvalbumin B蛋白对镁、钙离子选择性的多尺度模拟研究

作     者：靳淑伟 

作者单位：华东师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：梅晔

授予年度：2022年

学科分类：0710[理学-生物学] 071010[理学-生物化学与分子生物学] 081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：分子动力学模拟 自由能计算 金属离子 蛋白质 参考势能面法 

摘      要：蛋白质与不同的金属离子结合在生物体生命活动过程中发挥着不同的功能。探究蛋白质对金属离子的选择性在研究生物体个体和药物设计等方面都具有重要的意义。自由能计算在研究蛋白质对离子的选择性以及诸多生物化学领域都有非常广泛的应用。量子力学（quantum mechanics,QM）方法为描述粒子间相互作用提供了精细的模型,所以计算成本较高;在分子力学（molecular mechanics,MM）水平进行模拟采样,可以在短时间内得到大量的样本,但是得到的计算结果不够精确。因此,计算方法如何能同时满足精确度和计算成本的要求成为了一个值得探索的问题。本文通过使用参考势能面法计算基于密度泛函理论（density functional theory）的QM哈密顿下钙离子和镁离子与Parvalbumin B蛋白结合的相对结合自由能差,来研究Parvalbumin B蛋白对两个离子的选择性。先通过炼金术自由能方法分别模拟离子在水溶液中和在蛋白质复合物中的分子动力学过程,获得了足够的计算样本,然后使用multistate Bennett acceptance ratio方法计算出在参考势能面下两个离子与Parvalbumin B蛋白的相对结合自由能差。紧接着,使用热力学微扰（thermodynamic perturbation）方法计算始末状态在参考势能面和目标势能面下的自由能差,从而,将低水平哈密顿下计算出来的结果修正到了高水平势能面。高效且准确地揭示了Parvalbumin B蛋白对镁离子和钙离子的选择性。