摘要
分子动力学模拟是利用计算机软件，以经典牛顿力学方程为基础，将分子的运动作为模拟对象的一种模拟方法。分子动力学模拟不仅可以得到分子的运动轨迹，而且原子运动的微观细节也可以被观察到，这些是通过理论计算和实验方法所得不到的，可以说分子模拟是对研究分子体系传统方法的一种有利补充。近年来，计算机技术飞速发展，计算机的精度也得到了极大的提高，使得分子动力学模拟的适用范围越来越广泛，目前分子动力学模拟已经在生物物理、凝聚态物理、药物设计等方面占据着重要地位，已成为不可或缺的重要研究工具。在分子动力学模拟被广泛利用的背景下，我们想进一步了解分子动力学模拟在蛋白质构象变化中的应用。众所周知，氨基酸的排列顺序和蛋白质的空间立体结构决定了蛋白质的特异性，蛋白质的结构基础决定了蛋白质的生物功能基础。当前PDB（Protein Data Bank）蛋白数据库已经收录了大量蛋白质的晶体结构，这为我们利用分子动力学模拟研究蛋白质构象变化提供了方便。蛋白质在发挥生物功能时是一个连续的动态过程，而传统的实验方法是没有办法观察到蛋白质变化的动态过程，但利用分子动力学模拟的方法可以在原子水平上观察氨基酸之间的相互作用，构象变化以及蛋白质运动趋势。 GLP-2具有重要的生物功能，并且拥有漂亮的螺旋结构。它的的生物功能虽然已经被大量研究，但关于它的空间结构的信息却很少，目前国内外关于GLP-2分子动力学研究的文章几乎没有。蛋白质的生理环境是复杂多样的，为了进一步了解外在物理或化学条件对GLP-2空间结构的影响，本文采用分子动力学模拟的方法，对不同物理化学条件下的GLP-2蛋白进行分子动力学模拟的研究。通过研究生理环境变化对GLP-2的影响，一方面，可以帮助研究者找到适合GLP-2甚至可以增强其生物活性的生理环境，另一方面，在治疗有关GLP-2蛋白参与的疾病时，医疗者可以将导致GLP-2构象破坏的生理环境作为参考依据，从而避免因为生理环境的变化影响GLP-2的构象，继而使其生理活性降低的现象发生。所以，本文的对GLP-2的研究是有重要意义的。 在本文中，我们使用分子动力学模拟软件GROMACS，采用Charmm36力场，在常压下，以人源胰高血糖素样肽-2(GLP-2)为研究对象，研究不同温度、不同电场强度和不同浓度NaCl溶液对GLP-2构象变化的影响。对不同条件下模拟输出的轨迹文件的均方根偏差（RMSD），均方根涨落（RMSF），回旋半径（Rg），溶剂可及表面积（SASA），单个残基的溶剂可及表面积（Area）、二级结构以及氢键等进行分析对比。主要研究结论包括： （1）GLP-2在不同温度下的分子动力学模拟。研究表明，GLP-2的螺旋结构随着温度的升高而被破坏，在320K温度以下，GLP-2的构象基本不变；在T=400K、T=500K高温条件下，GLP-2的α-helix结构严重被破坏，温度越高，GLP-2的构象被破坏越严重。温度是使蛋白质变性的一个重要原因，当温度达到使蛋白质变性的温度时，温度越高，蛋白质结构被破坏的越严重，从而使蛋白质发生不可逆的变性。 （2）GLP-2在不同强度电场下的分子动力学模拟。当我们在Z轴方向上加入不同强度的电场（0V/nm≤E≤1V/nm）时，发现电场对GLP-2的空间结构有一定的影响，其中E=0.5V/nm是一个拐点，在0V/nm＜E≤0.5V/nm范围内，GLP-2的空间结构随着电场强度的增大其破坏的范围越大，在E=0.5V/nm条件下，电场对GLP-2的空间结构影响最大，在0.5V/nm＜E≤1V/nm范围内，随着电场强度的增大，GLP-2的空间结构变化范围没有继续增大。由于GLP-2蛋白中的1、3、8、9、20、21、33号位置的残基带有电荷，电场会对这些带有电荷的残基产生影响，GLP-2蛋白会在电场的作用下被拉伸，从而使其内部氢键断裂，进而导致蛋白质的结构发生了变化。 （3）GLP-2在不同浓度的NaCl溶液中的分子动力学模拟。本文构建了四个模拟体系：n=0,n=5000，n=10000，n=15000。通过对模拟结果分析讨论，发现GLP-2在NaCl低浓度时，离子与蛋白质发生非特异性的静电相互作用，起到稳定蛋白质结构的作用，在高离子浓度时，离子不利于蛋白质的稳定性。
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