基于分子模拟对Mn-SOD稳定性的研究.docx

摘要：本文研究了通过突变提高Mn-SOD的热稳定性。文章借助DS中的同源建模模块构建出Mn-SOD的三维结构，通过虚拟氨基酸突变的方法设计了三类突变，包括单点突变，双点突变和三点突变，并利用DS中的分子动力学模块进行了分子动力学模拟进行验证了Mn-SOD结构稳定的突变，单点突变(Glu215Trp),双点突变(Val140Leu, Glu215Trp),三点突变(Val140Leu, Glu155Trp, Glu215Trp),最后通过实验的方法进行了验证通过突变的方式可以提高Mn-SOD的稳定性。分子动力学(Molecular Dynamics, MD)是分子模拟中最常用的方法之一。该方法基于分子力场，能够动态的描述分子的运动状况，继而描述生命的动态过程。分子动力学在生命科学领域中的应用非常广泛，如蛋白质折叠的机理研究、酶催化反应的机理研究、与功能相关蛋白质的运动研究、生物大分子大范围构象变化的研究等等。近几十年来，分子动力学方法已经成功的运用于大分子体系低能量构象的模建、X射线晶体衍射以及NMR实验结果的处理。现在分子动力学方法己经成了理论生物学研究中必不可少的方法之一。在Discovery Studio这一分子模拟的综合平台中，为用户提供了基于窗口的分子动力学模拟工具。使用DS,用户可以轻松的完成分子动力学的整个模拟过程(包括体系的准备、模拟过程的设置及结果的分析)。另外考虑到初级模拟者在整个模拟流程方面不熟悉，DS专门设置了一个"Standard Dynamics CascadeprotocoL该Protocol将整个动力学模拟的步躲集合到一个参数设置界面当中，方便初级模拟者的使用。基于分子模拟对Mn-SOD稳定性的研究ref： International Journal of Biological Macromolecules 128 (2019) 297-303, IF= 3.909链接：https:/doi.org/10.1016/jJjbiomac.2019.01.126活性氧(ROS)是一种非常不稳定的物质，它能迅速破坏包括DNA、膜脂和蛋白质在内的其他物质，据报道，线粒体产生大多数超氧自由基，由于正常细胞在代谢过程中产生ROS的主要位置，锌超氧化物歧化酶(Mn-SOD)是唯一已知存在于线粒体内的抗氧化酶。由于SODs的热稳定性和热变性是其应用的重要要求，因此迫切需要开发方法来提高该酶的稳定性。本文研究了通过突变提高Mn-SOD的热稳定性。文章借助DS中的同源建模模块构建出Mn-SOD的三维结构，通过虚拟氨基酸突变的方法设计了三类突变，包括单点突变，双点突变和三点突变，并利用DS中的分子动力学模块进行了分子动力学模拟进行验证了Mn-SOD结构稳定的突变，单点突变(Glu215Trp),双点突变(Val140Leu, Glu215Trp),三点突变(ValUOLeu, Glu155Trp, Glu215Trp,最后通过实验的方法进行了验证通过定点突变的方式可以提高Mn-SOD的稳定性。Table 3Main characteristics of Mn-SOD mutation prediction.IndexMutationtypeMutation siteMutationenergy(kcal/mol)Effect1SingleA:GLU215.TRP-2.84Stabilizing2DoubleA:VAL140.LEU. A:CLU215.TRP-6.44Stabilizing3TripleA:VAL140.LEU, A:GLU155.TRP, A:-8.60StabilizingGLU215.TRP图一虚拟氨基酸突变的计算结果。3030WT MnSOOSM MnSODOM-MnSOOTM-MftSOOWT MnSODSM-MnSODDM-MnSODTM-MnSOD0200040006000800010000”但心TunCResidue图二分子动力学模拟的RMSD,RMSF结果MaXFlow生物医药智能创新平台，由创腾科技自主研发，旨为不同领域的一线创新科技工作者提供一个合作共享的B-S架构平台。以“数据自由，模型自由”为理念，在结构模型与预测模型进行融合的基础上，实现模拟与AI需求的合并,为研发赋能。