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

1、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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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,

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