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《福建师范大学》 2016年
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液相环境下多肽分子的动态结构及其振动光谱特性研究

杜芬芬  
【摘要】:本文对溶液相中的蛋白质模型分子进行了结构动力学研究,构建了分子动态结构和光谱的相关性,考查了溶剂效应对分子的稳态结构分布及光谱的影响;并基于p肽模型小分子开发了静电频率转换图,实现了对溶液相中p肽特征光谱的快速准确预测。最后,基于模型小分子发展的方法进一步应用到Ap片段和石墨烯的复合体系中,借助光谱探针探究了在石墨烯的影响下Aβ片段的结构变化微过程,致力于探索蛋白质的折叠机制。首先,探索了溶剂效应对丙氨酸二肽(ALAD)的三维空间结构和振动光谱的影响。全原子动力学模拟结果表明,ALAD在水溶液中倾向于形成PPⅡ、αL、αR和C5构型;在DMSO溶液中倾向于形成PPⅡ和C5构型;在CHCl3溶液中倾向于形成C5构型。从动力学轨迹中截取ALAD-溶剂聚集体进行从头算,并在溶质-溶剂聚集体周围再引入隐式溶剂来弥补来自溶剂外层的溶剂效应,进而扩大溶质结构的变化范围和酰胺-Ⅰ带频率的红移程度。其次,为了实现蛋白质或多肽体系红外吸收光谱的快速预测,我们选取β肽的模型分子——N-乙基丙酰胺(NEPA)为研究对象,构建了其在几种不同溶剂环境中的具有普适性的酰胺-Ⅰ带振动静电频率转换图。将转换参数应用于不同溶剂环境下多肽分子的动力学运动轨迹中,验证了转换图的重现性和可转移性。最后,为了探究多肽及蛋白质在与石墨烯相互作用下发生的构型转变以及振动光谱的特征,我们对石墨烯和Aβ(37-42)片段进行了分子动力学模拟。在原子尺度上以飞秒的时间分辨率系统的研究了Aβ(37-42)是否会在石墨烯表面发生吸附和吸附后可能存在的构型,以及最可几构型的振动光谱特征。基于从头算的模型在计算振动频率和处理短程的分子间相互作用方面有优势,但是局限于计算资源,不能选择太大的聚集体样本也不能使用较精细的计算基组。基于分子力学力场的方法计算分子的振动频率简单快速,但是在处理短程的分子间相互作用方面缺乏准确性。结合动力学手段开展电子结构的计算,构建转换图模拟分子的线型红外光谱。这种方法为我们下一步分析蛋白质片段的振动光谱特征打下了基础,也为深入研究β-淀粉样蛋白的构型变化提供了理论基础。
【学位授予单位】:福建师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O629.72

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