[发明专利]一种基于分子动力学的视紫红质光循环模拟方法

权利要求书

1.一种基于分子动力学的视紫红质光循环模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、使用高斯软件对单聚体PDB文件发色团小分子C12-C13＝C14-C15二面角进行扭转并进行角度调整；

步骤二、将发色团小分子二面角扭转后的单聚体蛋白在CHARMM-GUI软件嵌入细胞膜环境嵌入，对发色团小分子进行单独的力场设置，进行分子动力学模拟体系准备；

步骤三、使用NAMD软件进行平衡态分子动力学模拟，提取出蛋白质结构代表构象进一步扭转小分子C12-C13＝C14-C15二面角，固定C12-C13＝C14-C15二面角再次进行分子动力学模拟直至二面角键角扭转完成，在不固定小分子二面角的情况下进行分子动力学模拟；

步骤四、将分子动力学模拟后的轨迹进行分析，通过AMBER的cpptraj模块和VMD的tcl文件进行对应的分析；

步骤五、提取出分子动力学轨迹代表构象并使用拉伸分子动力学和伞形取样的方式计算自由能。

2.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学的视紫红质光循环模拟方法，其特征在于，所述步骤一、使用高斯软件对发色团C12-C13＝C14-C15二面角进行扭转并进行角度调整，具体包括：以PDB数据库下载的蛋白质多聚体文件通过手动的方式删除其他多聚体仅留下单聚体晶体，保留单链氨基酸残基，删除其他所有结晶水分子，利用高斯软件加载单聚体PDB文件；选择发色团小分子异构化的结构C12-C13＝C14-C15二面角双键以20°旋转进行异构化，并在每个扭转的平衡模拟中保持固定，直到C12-C13＝C14-C15二面角达到大约0°。

3.根据权利要求1所述的一种基于分子动力学的视紫红质光循环模拟方法，其特征在于，所述步骤二、将单聚体蛋白在CHARMM-GUI软件嵌入细胞膜环境嵌入，添加缺失的氢原子以及残基；在CHARMM-GUI平台将单聚体嵌入有POPC,TIP,以及0.15mol·L-1的NaCl膜的包覆单聚体的周期性盒子中，将整个单聚体加载于CHARMM36m的力场。

4.根据权利要求3所述的一种基于分子动力学的视紫红质光循环模拟方法，其特征在于，所述步骤二对发色团需要异构化的模拟体系，在能量优化的过程中，保持单聚体固定以及发色团的C12-C13＝C14-C15二面角固定，对体系进行能量最小化；在二面角达到异构化角度完成所需角度0°，再将C12-C13＝C14-C15二面角不固定的情况进行分子动力学能量最小化和平衡态动力模拟；

对于发色团设置为去质子化的模拟体系，加载将去质子化发色团置于单独的力场，这样可以保证发色团小分子不会在CHARMM36m的力场中分子断裂。

5.根据权利要求4所述的一种基于分子动力学的视紫红质光循环模拟方法，其特征在于，所述再将C12-C13＝C14-C15二面角不固定的情况进行分子动力学能量最小化和平衡态动力模拟，在能量最小化过程中将蛋白质固定，只允许水分子运动，使体系中的溶剂得到优化；平衡态动力模拟则是在正则系综NVT下模拟，通过调整原子的速度来保持系统动能恒定，把温度T弛豫到稳态，再转等温等压NPT进行预平衡，通过调整系统的体积来保持压强恒定，从而把压强P弛豫到稳态。之后系统就可以进行实际的模拟。

6.根据权利要求5所述的一种基于分子动力学的视紫红质光循环模拟方法，其特征在于，所述步骤三、使用NAMD软件进行平衡态分子动力学模拟，具体包括；平衡步骤的第一阶段在正则系综NVT下进行，即系统温度、体积和粒子数保持不变，在NVT系综下对体系进行缓慢升温，在所需温度下，所有原子的初始速度在麦克斯韦-玻尔兹曼分布中随机分配；最后，让蛋白体系在具有恒定的温度、压力和粒子数的等温等压NPT下跑足够长时间的动力学是蛋白结构趋于稳定，此过程将调整体系的压强进而使体系密度收敛。