CMMM 计算和数学方法在医学 1748 - 6718 1748 - 670 x Hindawi出版公司 242903年 10.1155 / 2012/242903 242903年 编辑 功能蛋白质动力学 杨 李威 1 Matysiak 你们俩 2 许 Shang-Te丹尼 3 Mustata威尔逊 加芙 4 网路的 Yasumasa 5 1 生物信息学研究所和结构生物学 300年国立清华大学,新竹 台湾 nthu.edu.tw 2 Fischell生物工程学系,马里兰大学 学院公园 MD 20742 美国 umd.edu 3 生物化学研究所 台北中央研究院,115 台湾 sinica.edu 4 健康服务和健康管理,南加州大学印第安纳州埃文斯维尔,47712年 美国 usi.edu 5 SPring-8 / JASRI,兵库县679 - 5198 日本 spring8.or.jp 2012年 31日 12 2012年 2012年 17 12 2012年 17 12 2012年 2012年 版权©2012杨李威et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

x射线晶体学捕获蛋白质构象州足够稳定捕获。这些可观测状态只是功能事件上下文的一部分蛋白质动力学。生活在分子水平上有一个充满活力的自然生理温度,由物理规律。

分子动力学(md)模拟自1970年代以来用于研究生物分子系统( 1]。发展到今天,它已经是一个常见的做法为研究人员访问超级计算机来获取轨迹数百纳秒到两微秒为小型蛋白质( 2, 3]和几十纳秒的超分子组装等大小大于200的核糖体与完整明确的溶剂原子细节( 4, 5]。少数享有特权的人能够访问机器内置的力场,一毫秒轨迹为普通大小的蛋白质可以成为可能 3]。并行计算和硬件的进步速度使MD访问时间尺度的分子运动的可核查的红外光谱等光谱( 6],UVRR [ 7,烦恼 8)和核磁共振( 9]。另一方面,实验技术,特别是在x射线晶体学,拥有先进的解决原子分子细节尺寸不断增加的 10),提供了理论家可靠的分子运动在地面启动跟踪延长时间和扩展空间利用现代计算环境。

在这个问题中,我们报告动态生物分子大小不同的故事,从晶体酶活性位点附近海域”, 意味着水晶水分子在ALR2抑制剂具有约束力的活性部位“HIV-inhibiting肽” 分子动力学模拟的艾滋病毒融合抑制剂t - 1249:见解peptide-lipid互动,“V2后叶加压素受体” 膜蛋白稳定性分析的蛋白质能量配置文件的肾原性的尿崩症,”核糖体” Revealing-1编程核糖体移码机制通过单分子技术和计算方法,”到“行走”肌凝蛋白” 粗粒度myosin-V运动的仿真。“这些研究可以独自完成静态结构。Hymavati工作的理论证据提出了蛋白质绑定不同的配体(或药物类分子)通过各种water-bridging模式” 意味着水晶水分子在ALR2抑制剂具有约束力的活性部位。”医学研究由路易斯•Loura有力HIV-inhibitory肽发现集中在细胞膜附近通过氢键与脂质和胆固醇,防止接触艾滋病毒信封与膜的融合,从而增加antivirial功效” 分子动力学模拟的艾滋病毒融合抑制剂t - 1249:见解peptide-lipid交互。“从这里Labudde展示医学如何帮助产生可靠的受体模型,即stability-related能源配置文件可以派生和展示基因突变在V2R和aquaporin-2削弱他们的稳定性和功能,从而导致无序表型,肾原性的尿崩症(NDI)” 膜蛋白稳定性分析的蛋白质能量配置文件的肾原性的尿崩症”。同样,张等人提供了一个全面审查错义突变会如何影响蛋白质稳定性和动力学,因此功能” 分析天然错义突变的影响。”

尽管潜力巨大的MD,蛋白质大小可以很容易地限制其适用性。当然挑战时间尺度的模拟大分子立即生物的兴趣。这个问题可以有继承采样问题的恶化 11]。原子的初始动量的方向没有特别指定的(尽管速度的大小是确定在给定的温度下),因此几轨迹必须确保获得公正的采样。

粗粒度(CG)建模与仿真技术近年来出现了一种很有前途的替代获得生物学相关动力学对于大型大分子( 12- - - - - - 19]。动态特性和功能核糖体的细节,肌凝蛋白甚至病毒衣壳的大小一样大675” 粗粒度的模拟myosin-V运动”、“自然发生的错义突变分析的影响“( 20.)现在可以从理论上研究了由于CG技术的发展。弹性网络模型的计算速度(运用),正常模式分析蛋白质CG-ed演示,可以五个数量级的速度比MD模拟( 12- - - - - - 14, 21, 22]。弹性residue-residue交互的描述反映了折叠的蛋白质样品的物理性质周围的能源格局( 14, 22]。由于消除细交互细节,构象转变背后的势能表面平和,和抽样对全球动力学的原子论的细节是增强 22, 23]。运用表明,观察到的“绑定”结构已经很容易到达ENM-inferred低频正常的“复兴”的结构模式( 14, 22, 24),而“诱导契合”可以明显的主导的构象转变ligand-protein强相互作用[ 25)(图 1)。

诱导契合与构象的选择。蛋白质(青色)存在既存的矫形器和一个给定的构象异构体的“选择”稳定的配体(蓝色)。通过低频正常运用揭示这样的过渡模式。KNF Koshland-Nemethy-Filmer;发出邀请函,Monod-Wyman-Changeux。

提到的物理性质可以为超分子组装好了的大小由原子论的MD模拟和CG-techniques核糖体。常在这个问题上进行了全面审查可能在核糖体解旋酶活动,这种现象称为−1编程核糖体移码(−1脉冲重复频率),这是一个实现的功能动态“构象选择”和“诱导契合。”The review covers recent progresses on single molecular and modeling techniques, especially the optical tweezers, fluorescence (Förster) resonance energy transfer (FRET), and ENM, followed by the active uses of these techniques to unravel the mystery of −1 PRF, an elaborate and efficient use of one messenger RNA to produce two or more gene products of totally different amino acid sequences and structures so as to maintain life.

Katsimitsoulia和泰勒在此报告的一项研究使用粗粒度的层次模型,在三种不同结构的决议,模拟肌凝蛋白的肌动蛋白丝“行走”。的模拟再现观测的平均长度进行的竞选肌凝蛋白V,估计为2.4 μ 米,或约66步骤36海里。模拟模型可以超过一百这样的大分子只使用8 - 12 cpu核心,本文建议。仿真技术的进展以及快速、并行计算设备之间的差距逐渐缩小分子和细胞模拟。另一个十年之前,我们可能期望看到结婚的分子动力学和系统生物学模拟生命的发展带来前所未有的机械的见解在分子和细胞水平。

李威杨 你们俩Matysiak Shang-Te丹尼许 加芙Mustata威尔逊 Yasumasa Joti活动

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