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基于静电相互作用调控的短肽自组装微观机制的实验与模拟研究

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短肽自组装的研究对于理解蛋白质折叠规律,神经退化疾病机理以及人工制备生物材料等等具有很重要的意义.为了理解分子微观细节如何决定自组装介观形貌的微观机制,设计合成了氨基酸组分相同但是序列不同的三种短肽:I2K2I2,I4K2,KI4K,并实验观测它们的自组装形貌.实验表明微观尺度的氨基酸序列的不同将会导致最终介观尺度自组装形貌的巨大差异:I4K2易于形成纳米纤维,KI4K易于形成纳米管,而I2K2I2难以形成规则的纳米结构.简单的分子动力学能量优化的计算初步定性地揭示了三种短肽单体间的疏水和静电作用的竞争关系.进一步利用副本交换分子动力学模拟方法分别对包含三个I4K2或KI4K的溶液体系的自由能曲面进行研究.从REMD的结果，得到了三个单体自组装形成的几种最可几的beta-sheet构型及其出现的概率，并定量分析了I4K2 beta-sheet结构与KI4K的差异。这些结果帮助认识了以上三种短肤单体间的静电作用、氢键作用和疏水作用之间的相互竞争如何决定最终自组装形貌的机制:KI4K的带电残基分布在分子的两端，静电作用不利于疏水作用与氢键作用进行竞争，使得分子自身形变以及分子间扭转角较小，进而最终导致形成尺寸更大的纳米管;I4K2的带电残基分布在分子的一端，静电作用对疏水作用与氢键作用的竞争影响很小，使得分子本身形变以及分子间扭转角较大，进而最终导致形成尺寸更小的纳米纤维结构;IZK212的带电残基分布在分子的中间，静电作用有助于疏水作用与氢键作用进行竞争，导致分子本身形变以及分子间扭转角更大，所以无法自组装形成有序结构。基于对以上三种短肤自组装机制的理解，我们有望发展出一套借助于分子模拟手段预言短肤自组装形貌的理论方法，从而为实现可控的短肤乃至蛋白质自组装的目标打下理论基础。

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来源
《国家自然科学基金委员会“可控自组装体系及其功能化”重大研究计划年度交流暨研讨会》|2014年|220|共1页
会议地点南京
作者
王延颋;
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作者单位

国家自然科学基金委员会;

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会议组织
正文语种
原文格式 PDF
中图分类 Q516:Q503;
关键词
短肽; 自组装形貌; 微观机制; 静电相互作用;

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