[发明专利]一种利用计算机模拟计算蛋白质与DNA之间作用力的方法

摘要

本发明公开了一种利用计算机模拟计算蛋白质与DNA之间相互作用力的方法。该方法利用NAMD_2.6计算软件和VMD－1.8.6分析软件进行分子动力学模拟，首先将PDB数据库的蛋白质结构制成适当的研究体系，然后对该体系进行能量最小化处理，将体系加热到设定温度后，对体系进行多步平衡处理，接着对体系实施分子动力学模拟，然后标记体系中目标研究对象并对体系进行SMD模拟，最后处理和分析数据得到蛋白质与DNA之间的相互作用力变化情况，并求得它们之间的最大相互作用力。该方法测定对象范围广泛、实验材料易于制备、设备要求低并且利用率高，便于在与分子识别和基因表达行为相关的生命科学和物理化学以及医药领域广泛应用。

主权项

1.一种利用计算机模拟计算蛋白质与DNA之间相互作用力的方法，步骤是： (1)从PDB数据库获得含有由蛋白质和DNA所形成复合物的结构数据文件； (2)利用VMD-1.8.6软件提取欲研究的目标蛋白质和DNA片断，将其溶解到盛有 0.9％NaCl溶液的长方体水箱中，得到蛋白质-DNA-盐溶液体系；所述体系中含有非氢原 子空间位置数据的结构，命名为ionized.pdb，含有氢原子以及氢键参数的结构，命名 为ionized.psf； 其中：上述水箱内尺寸以蛋白质和DNA片断距离水箱各壁的最小距离为12，且蛋 白质沿DNA-蛋白质质心连线方向能移动不少于50为准； (3)利用NAMD_2.6软件，采用Charmm27力场，用SteepestDescent方法，在周 期性边界条件下对上述蛋白质-DNA-盐溶液体系进行总时间长度为100皮秒的能量最小 化处理，在此过程中每1飞秒计算一次以各原子为球心、半径为10的球形空间内的其 它原子对该原子的范德华力，每2飞秒计算一次以各原子为球心、半径为12的球形空 间内的其它原子对该原子的电场力； (4)用20kcal/mol·²的和谐约束作用约束蛋白质的α碳原子，并用 10kcal/mol·²的和谐约束作用约束DNA骨架原子，采用与步骤(3)中相同的力场、周 期性边界条件、范德华力和电场力计算方法，并且使用Langevin动力学控温方法和 Nose-HooverLangevinpiston控压方法将温度控制在280K-320K，压强控制在1atm， 对步骤(3)能量最小化处理后的体系加热100皮秒，使体系逐渐升温并稳定到 280K-320K； (5)对步骤(4)加热后的体系，用10kcal/mol·²的和谐约束作用约束蛋白质的α 碳原子，其它条件与步骤(4)相同，进行100皮秒的分子动力学模拟； (6)去除对蛋白质的α碳原子的约束，其它条件同步骤(4)，对步骤(5)模拟后的体 系进行100皮秒的分子动力学模拟； (7)用10kcal/mol·²的和谐约束作用约束DNA片段两个末端各一个碱基对的所有 原子，固定体系中所有的氢氧键长，将PME格子边长设置为1±0.1，采用与步骤(4) 相同的力场、周期性边界条件、范德华力和电场力计算方法、控温控压方法、PME长程 电场力计算方法，对步骤(6)模拟后的体系进行2-6纳秒的分子动力学模拟，使得体系 的RMSD值达到水平； (8)将步骤(7)模拟后体系中的DNA骨架原子固定，以蛋白质的α碳原子为SMD原 子，将SMD系数设定为0.1-1kcal/mol·²的任意数值，SMD移动速度设定为0.0005/fs， SMD记录频率设定为100，其它条件与步骤(7)相同，对步骤(7)模拟后的体系进行100 皮秒的SMD模拟，得到该过程中各记录点的热力学参数，命名为smd.log； (9)用VMD-1.8.6软件处理文件smd.log，得到各记录点的力，命名为ft.dat； (10)以各记录点的力为纵坐标、各记录点的时刻为横坐标作图，得到将蛋白质从 DNA表面匀速拉开过程中力随时间的变化曲线，曲线中纵坐标的峰值是蛋白质与DNA之 间的最大相互作用力。