中国化学会第32届学术年会
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水溶液中CpG分相行为的分子动力学模拟
黄渝鹏 高毅勤*

分会

第三十九分会:生物物理化学

摘要

研究裸露的DNA分子的物理性质是加深从分子层面认识染色体组织结构的关键一步。而大部分关于DNA-DNA相互作用的认识主要来自体外实验。受到空间和时间尺度的限制,实验无法确定DNA聚集过程中粒子的具体位置和相互作用。因此通过理论计算来模拟DNA分子的聚集给从分子尺度认识其机制提供了条件。本文旨在通过使用分子动力学模拟的方法来模拟胞嘧啶-鸟嘌呤寡核苷酸(CpG)在存在一定浓度无机离子的水溶液中的聚集。并通过分析加入不同氨基酸对其分相产生的影响来研究DNA分子片段间的相互作用。本文通过自主编写程序进行数据分析。并通过对模拟体系中的各种粒子间径向分布函数进行统计计算,对CpG分子聚集形成的团簇从拓扑和几何结构两方面进行详细的分析,对CpG分相过程中的能量进行分解和研究团簇的动力学信息来增强对体系的认识。本文研究发现在加入精氨酸的体系中,CpG聚集能力减弱且分相不彻底,团簇内部分子运动受到阻碍较少。本文认为这主要是由于精氨酸在CpG团簇中较强的溶解能力导致的。溶解的精氨酸使得CpG相与水相分离不彻底、团簇内部CpG分子间碱基堆叠和氢键相互作用减弱。含有赖氨酸的体系与精氨酸体系表现相反,这主要是由于赖氨酸只在CpG团簇表面吸附,使得CpG与水分子的作用下降而进一步分相造成的。此外,本文还发现CpG在水溶液中的自发聚集从能量上讲主要是由CpG分子间的范德华作用以及无机阳离子与CpG的静电作用造成的。CpG的聚集趋势随温度升高而增强。以上这些发现能使人们对DNA聚集过程的认识更加深刻。

关键词

分子动力学模拟;分相;CpG;团簇分析

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