抗菌肽段FK-13与膜相互作用的分子动力学模拟研究毕业答辩范文模板PPT

抗菌肽段FK-13与膜相互作用的分子动力学模拟研究,目 录 CONTENTS,实验步骤 实验结果与分析 肽段 FK-13与膜之间的氢键形成情况 肽段FK-13总体形态的变化,分子动力学模拟简介 GROMACS,选题背景 研究意义 主要贡献与创新,研究的意义与应用,抗菌肽段FK-13与膜相互作用的分子动力学的模拟研究结论,研究思路与方法,实验平台概述,绪论,实验应用与意义,研究结论,绪 论,0 1,选题背景 研究意义 主要贡献与创新,PART ONE,近年来，致病菌出现了显著的耐药性问题，因此寻求一代新型的抗菌药物是非常必要的。抗菌肽因其具有选择性毒性、稳定性及不易产生耐药性等特点且作为天然免疫系统的主要成分，被认为是现代抗生素的最好的替代产品。它自发现以来，便引起了极大的研究兴趣，成为生物制药领域中的研究热点，有望成为治疗耐药菌的一种重要方法。,选题背景,研究课题背景,绪 论,研究思路与方法,实验平台概述,研究成果与应用,相关建议与论文总结,本文在分子水平上发现LL-37与不同膜结构产生的氢键数目不同。对于FK-13对细菌膜的毒理学机制有更深的理解，可以为新型抗菌肽药品研发提供理论上的基础。,肽段FK-13构象对于细菌膜和哺乳动物膜结构的影响不同。细菌膜上存在的螺旋结构使其与膜结合时所需构象变化的能量减少。这样一来，两种膜可以迅速结合，提高了抗菌效率。这对于抗菌肽发挥作用具有重要意义。,研究意义一,研究意义二,研究意义,绪 论,关键技术与实践难点,实验平台概述,研究成果与应用,相关建议与论文总结,03,通过抗菌肽段 FK-13 与膜相互作用的具体分析，进一步从微观上加深了对其抗菌机制和毒性机理的认识。,01,02,研究了LL-37抗菌肽段与两种不同类型膜的相互作用，在原子层面上揭示了抗菌肽段 FK-13 与膜的作用过程,运用了分子动力学模拟软件GROMACS研究了这方面问题，是计算机与生物计算的一次结合,主要创新,绪 论,研究思路与方法,实验平台概述,研究成果与应用,相关建议与论文总结,主要贡献与创新,实验平台概述,0 2,分子动力学模拟简介 GROMACS,PART TWO,绪 论,研究思路与方法,实验平台概述,研究成果与应用,相关建议与论文总结,分子动力学模拟简介,随着计算机集群GPU 并行计算的发展以及分子模拟算法的改进，使得分子动力学模拟可以在更大的时间尺度上来研究更大的分子体系。目前，分子动力学方法与实验方法相结合，在研究生物大分子结构与功能的关系方面有着广泛的应用。,MD simulation 现状,对于复杂系统，其中含多个分子。假设牛顿经典力学方程对体系中所有原子的运动都成立，若已知原子的初速度与位置，给体系施加一个力场，就可以得到作用力在每个原子上的作用情况，而后解出牛顿运动方程，从而得到接下来原子的位置和速度，将上述方法重复多次，可以得到全部的运动轨迹。接下来利用统计力学方法，进一步计算得到研究体系热力学量及其它性质。,MD simulation 基本理论,分子动力学模拟（Molecular Dynamics simulation，MD simulation）已成为研究生物大分子及其组成体系的一种高效的工具。分子动力学模拟是集合了物理学原理，计算机、数学与化学等综合的计算工具。它能够得到动态的分子原子的信息，能够将有关生物大分子的预测以及验证信息提供给所需实验，对实验的帮助大有裨益。,MD simulation 简介,分子动力学模拟可以提供高分辨率微观结构信息，还可以提供高时间分辨率结构动力学信息，因此在研究生物大分子的微观结构动力学中有重要作用。,MD simulation 优点,1,2,3,选用GROMOACS软件包，GROMOS 96 53A力场和充分含水模型进行常规分子动力学模拟，用POPG和 POPC分别模拟哺乳动物细胞膜和细菌细胞膜。通过模拟研究来探索LL-37的抗菌机理，从分子水平进一步揭示不同的膜环境对LL-37抗菌肽段活性的影响。,GROMACS在本研究中的应用,GROMACS适用于核苷酸、蛋白质、糖等复杂构架的生物分子，GROMACS计算非键作用时运算效率很高，同时也可适用于探究非生物的系统。GROMACS有自带的程序脚本，这个脚本可将分子坐标从PDB文件格式改为GROMACS内部的专用格式。如果建立了模拟所必须的分子构型文件，就可以形成用来叙述分子随时间的运动变化的轨迹文件。,软件优点,本文重点采用的是GROMACS程序包，它是一个功能强大的分子动力学的模拟软件，同时也是进行生物大分子模拟最重要的软件之一。,功能简述,绪 论,研究思路与方法,实验平台概述,研究成果与应用,相关建议与论文总结,GROMACS,研究思路与方法,0 3,实验步骤 实验结果与分析 肽段 FK-13与膜之间的氢键形成情况 肽段FK-13总体形态的变化,PART THREE,绪 论,研究思路与方法,实验平台概述,研究成果与应用,相关建议与论文总结,实验步骤,为了研究相异的细胞膜与抗菌肽段FK-13的互相作用。本文选择了：细菌细胞膜选用带负电的POPG膜（1-棕榈酰基-2-油酰基磷脂酰甘油），哺乳动物细胞膜选用中性的POPC膜（1-棕榈酰基-2-油酰基卵磷脂）,模拟对象的选择,对于膜模型的选用，为了使模型与模拟环境相适应，应先设置一段时间的平衡模拟，将得到的初始结构放置其中。将模拟最终输出的膜初始结构作为接下来的研究对象。,膜平衡的模拟,为了模拟研究LL-37 抗菌肽段 FK-13 与代表哺乳动物的细胞膜POPC 和细菌的细胞膜的 POPG 的相互作用。将膜平衡之后的体系进行肽-膜模拟，最后对得到的构象轨迹进行分析。,肽-膜体系的模拟,为了研究 抗菌肽段 FK-13 与POPC 和POPG 的相互作用的不同之处。本文选择肽-膜间肽键的形成情况与构象的变化进行分析。,对肽键与构象的分析,绪 论,研究思路与方法,实验平台概述,研究成果与应用,相关建议与论文总结,实验结果与分析,在分子动力学模拟中，模拟结果的准确性受模拟体系的收敛性直接影响，因此需要辨别模拟结束时体系不再随时间发生较大的变化，此时即模拟的收敛情况,模拟的收敛性,为了观察模拟中肽段FK-13与两种膜之间的互相影响，使用GROMACS自带程序g_hbond计算了肽段与不同膜之间产生氢键的数量。氢键的数量作为考察肽段与不同膜结合状况的一个标尺。,氢键的形成情况,当肽段 FK-13 与不同膜发生作用时，我们可以选择肽段结构的稳定性、肽段二级结构的形成情况、系统的典型结构、肽段的质心与膜的质心之间的距离、氢键的形成情况、肽段在膜上的密度分布、脂质的序参数进行研究。这里我们选择较容易观察到的形态变化与氢键形成情况进行研究。,分析对象的选择,在分子动力学模拟中，蛋白质的回旋半径（Radius of Gyration，Rg）可以表征蛋白质体积的改变。这个参数可以用来表征蛋白质从溶剂结合到膜上时结构的变化情况。,肽段FK-13总体形态的变化,在0ns150ns这一段时间中，可以观察到氢键的数量在不停上升，这段时间应该对应着肽段结合到膜上的进程，之后，氢键稳定存在而后数目保持在6个上下，说明这个过程中相应的肽段已经与膜结合而且和膜发生了互相的作用。,VS,开始时，也可以观察到氢键的数量在不停上升，在接下来的的模拟中，氢键的数量保持在4个上下。,绪 论,关键技术与实践难点,实验平台概述,研究成果与应用,相关建议与论文总结,肽段 FK-13与膜之间的氢键形成情况,（a）POPG 环境下的模拟,（b）POPG 环境下的模拟,研究结论,0 4,抗菌肽段FK-13与膜相互作用的分子动力学的模拟研究结论,PART FOUR,肽段FK-13对哺乳动物膜的破坏要比对细菌膜的破坏程度要小，本文采用分子动力学模拟方法来探究FK-13与两种膜之间互相影响的情况，尝试从分子动力学方面来阐述抗菌肽LL-37肽段对两种膜选择性破坏的原因，并得到了以下两个结论,结论简述,肽段FK-13构象的变化模拟研究发现，肽段FK-13在与细菌膜结合时，随着模拟时间的后移，仍会留有部分螺旋结构，而哺乳动物膜的螺旋结构全部消失。细菌膜上存在的螺旋结构使其与膜结合时所需构象变化的能量减少。这样一来，两种膜可以迅速结合，提高了抗菌效率。,结论二,肽段能通过形成氢键来与膜发生相互作用，相比于与细菌膜的作用而言，肽段与哺乳动物膜作用时形成的氢键的数数量要大幅减少，两者的结合作用要弱一些。本文从分子水平上很好的揭示肽段 FK-13与两种细胞膜的不同作用，可以更直观的看到肽段与膜构象的改变。,结论一,绪 论,关键技术与实践难点,实验平台概述,研究成果与应用,相关建议与论文总结,研究结论,实验应用与意义,0 5,研究的意义与应用,PART FIVE,本文的研究结果从原子水平上很好的揭示肽段与膜的相互作用，可以更形象的观察到肽段和膜结构的变化，助于来理解肽段 FK-13 对细菌膜的毒性机理，从而为以 FK-13 为模板的新型抗菌肽药的设计提供理论基础。,贡献一,为了了解抗菌肽段 FK-13 与不同膜相互作用的情况，本文主要选用抗菌肽段 FK-13 与代表哺乳动物的模式膜 POPC 和代表细菌的模式膜 POPG 进行了分子动力学模拟研究，这对实验上来研究抗菌肽段 FK-13 与不同膜的相互作用是一个很好的补充,贡献二,本实验为微观上认识不同膜环境下抗菌肽段 FK-13 的结构特征以及基于 FK-13 的结构特征设计新型肽类药物有重要的指导意义。可以看出，膜环境的不同是导致 FK-13 对哺乳动物和细菌发生选择性毒性的重要原因，通过此类研究为基于以FK-13 为模板的抗菌药物的设计有着重要的指导意义。,贡献三,绪 论,关键技术与实践难点,研究思路与方法,研究成果与应用,应用与意义,研究的意义与应用,敬请各位老师批评指正,THANK YOU FOR WATCHING,