多尺度动力学模拟揭示偶氮苯光异构化引发的多肽折叠与解折叠的分子机理

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• 英文论文题名：Azobenzene Photoisomerization Drives Peptide Folding and Unfolding:Insights from QM/MM and MM Dynamics Simulations
• 论文作者：夏淑华 ; 崔刚龙 ; 方维海
• 英文论文作者：Shu-Hua Xia ; Ganglong Cui ; Wei-Hai Fang ; Key Laboratory of Theoretical and Computational Photochemistry ; Ministry of Education ; College of Chemistry ; Beijing Normal University
• 年：2016
• 作者机构：北京师范大学化学学院理论与计算光化学教育部重点实验室;
• 论文关键词：非绝热动力学 ; 量子力学/分子力学(QM/MM) ; 多肽折叠与解折叠 ; 偶氮苯
• 会议召开时间：2016-07-01
• 会议录名称：中国化学会第30届学术年会摘要集-第十九分会：化学中的量子与经典动力学
• 语种：中文
• 分类号：O629.72
• 学会代码：ZGHY
• 会议名称：中国化学会第30届学术年会-第十九分会 ; 化学中的量子与经典动力学
• 会议地点：中国辽宁大连
• 主办单位：中国化学会
• 学会名称：中国化学会
• 页数：1
• 文件大小：108k
• 原文格式：D
• 会议级别：全国

摘要

偶氮苯通过光异构化可以控制多肽的折叠和解折叠过程,并进一步调节多肽的性质以及酶的活性~([1-3])。但是,其微观机制目前尚不是非常清楚。我们采用量子力学和分子力学(QM/MM)相结合的方法以及经典的分子力学(MM)方法,研究了偶氮苯和FK-11多肽之间光诱导的折叠和解折叠过程的分子动力学模拟。研究表明,光诱导的偶氮苯可以加速FK-11多肽的折叠和解折叠过程~([4])。多肽和偶氮苯之间的相互作用对多肽二级结构的变化也起到很重要的作用。这种相互作用同样改变了交联剂偶氮苯的光异构化机理。我们预计这种方法还可以用于研究其他的多肽,蛋白质和生物材料的光诱导的一些性质。
Photoswitchable azobenzene cross-linkers can control the folding and unfolding of peptides by photoisomerization and can regulate peptide affinities and enzyme activities~([1-3]). However, a detailed mechanistic understanding of these processes at the atomistic level is still lacking. Using quantum mechanics/molecular mechanics(QM/MM) methods and classical MM force fields, we report the first molecular dynamics simulations of the photoinduced folding and unfolding processes in the FK-11 peptide. We show that the cross-linking of a photoswitchable azobenzene can accelerate the folding and unfolding events in the FK-11 peptide~([4]). We also find that the interactions between the peptide and the azobenzene cross-linker are crucial for controlling the evolution of the secondary structure of the peptide. The interactions also modify the photoisomerization mechanism of the azobenzene cross-linker compared with the situation in vacuo or in solution. We anticipate that this approach can also be applied to investigate photocontrol phenomena in other peptides, proteins, and biomaterials.

引文

[1]Beharry,A.;Woolley,G.Chem.Soc.Rev.2011,40:4422.
    [2]Dhammika Bandara,H.;Burdette,S.Chem.Soc.Rev.2012,41:1809.
    [3]Korbus,M.;Balasubramanian,G.;Müller-Plathe,F.;Kolmar,H.;Meyer-Almes,F.-J.Biol.Chem.2014,395:401.
    [4]Xia,S.-H.;Cui,G.L.;Fang,W.-H.;Thiel.W.Angew.Chem.Int.Ed.2016,128:2107.