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乙型流感病毒质子通道蛋白BM2的分子动力学模拟

作　者: 何沛思
导　师: 魏冬青
学　校: 上海交通大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 乙型流感病毒BM2 质子通道分子动力学模拟 GROMOS力场 OPLS力场水通过自由能(PMF)
分类号: R312
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

流行性感冒(简称流感)是由流感病毒引起的急性呼吸道感染,每次大爆发在人群中有着显著的发病率和一定的致死率。乙型流感病毒引起的疾病占流感病毒的50%,会呈现周期性的大爆发,感染对象主要是老人、小孩以及孕妇等免疫力相对较低的人群。所以乙型流感病毒的研究非常重要。乙型流感病毒质子通道蛋白BM2是由四个单次跨膜蛋白单体组成的同源四聚体,BM2在病毒复制的过程中起了非常关键的作用。其跨膜段的HXXXW基序是M2蛋白形式其质子传递的选择性和门控性的关键氨基酸。阻断BM2的质子通道活性,将能在病毒感染早期有效控制病毒的复制,所以BM2有希望成为抗乙型流感病毒的药物靶点,所以对其的研究将成为对抗流感病毒研制的理论基础。分子动力学模拟是建立在牛顿力学的基础上的一种分子模拟方法,通过求解牛顿力学方程可以获得一些体系随时间变化的热力学和动力学性质。分子动力学模拟是一种对膜蛋白这种通过实验手段研究比较困难的生物体系的有效的研究方法。在生物体系中较常用的力场中,本文使用GROMACS4.5软件,选择了GROMOS87力场以及OPLS力场分别对BM2蛋白进行了25ns的分子动力学模拟。通过模拟结果的对比,可以反映两个力场在膜蛋白模拟的应用上的差异和优劣,OPLS力场更加精细的描绘了蛋白的运动情况,相对更加精细的反映水分子的分布情况。希望对分子动力学模拟的力场选择方案提出了一定的建议。OPLS力场更加精细的描绘了通道半径的变化情况,以及更加精细的反映水分子的分布情况。BM2的跨膜段PHE5和TRP23的侧链将通道堵住,这些氨基酸附近的通道半径都小于水分子半径,分别起到了N端和C端的门的作用。水分子通过PHE5、HIS19和TRP23需要越过更高的能垒。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-21
  1.1 流感病毒概述  9-18
    1.1.1 流感病毒结构  10-13
    1.1.2 流感病毒的生活史及药物作用靶点  13-18
  1.2 M2 的简介  18-20
    1.2.1 两种M2 的结构与功能  18-19
    1.2.2 M2 的离子通道机理  19-20
  1.3 本章小结  20-21
第二章分子动力学模拟概述  21-33
  2.1 分子动力学模拟  21-22
  2.2 计算原理  22-23
  2.3 力场简述与常见力场的比较  23-28
    2.3.1 力场的作用项  24-25
    2.3.2 常见力场比较  25-28
  2.4 分子动力学模拟的周期性边界条件问题  28-29
  2.5 分子动力学模拟的溶剂化模型  29-30
    2.5.1 显式的溶剂化模型  29
    2.5.2 连续溶剂模型  29-30
  2.6 分子动力学模拟系综  30-31
    2.6.1 常用系综分类  30-31
    2.6.2 系综调节  31
  2.7 分子动力学模拟软件  31-32
  2.8 本章小结  32-33
第三章实验方法  33-41
  3.1 模拟材料来源  33-34
    3.1.1 乙型流感病毒  33
    3.1.2 细胞膜  33-34
  3.2 膜蛋白的分子动力学模拟  34-36
    3.2.1 定位膜蛋白  34
    3.2.2 准备脂双层  34-35
    3.2.3 将体系浸入溶剂中  35-36
    3.2.4 体系平衡  36
  3.3 力场的选择  36-37
  3.4 模拟细节  37
  3.5 数据分析方法  37-40
  3.6 本章小结  40-41
第四章结果分析与讨论  41-51
  4.1 分子动力学模拟结果  41-50
  4.2 本章小结  50-51
第五章全文总结  51-52
参考文献  52-58
致谢  58-60
攻读硕士学位期间参与的科研项目  60-63
附件  63

乙型流感病毒质子通道蛋白BM2的分子动力学模拟

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