云计算-基于子结构合成方法的生物大分子结构的全原子模拟计算.pdf

《基于子结构合成方法的生物大分子结构全原子模拟计算》 近年来，随着科学技术的飞速发展，对生物大分子的研究越来越深入。生物大分子，如核糖体、F1-ATP酶、丝状肌动蛋白、病毒、膜蛋白等，其结构、动力学性质与功能之间的关系成为科研领域的热门话题。然而，由于这些分子的原子数量庞大（通常以十万甚至百万计），进行动力学模拟计算面临着巨大的内存需求和计算时间消耗，这无疑构成了一个挑战。 2003年，研究人员提出了子结构合成方法（Substructure Synthesis Method，简称SSM），这是一种用于计算生物大分子动力学性质的新方法。该方法通过将大分子分解为多个子结构，减少了计算复杂性，使得处理大型生物分子系统成为可能。在此基础上，本文引入了一种弹性几何边界条件，发展出全新的全原子基础SSM方案（All-Atom based Substructure Synthesis Method，简称aSSM）。 aSSM方法的特点在于其灵活性和简单性。子结构可以按照任意方式进行拆分，且子结构间的相互作用形式基本不受限制。为了验证aSSM的精确度和可靠性，该方法被应用于一些原子数量较少的小型体系，例如受体-配体体系，并与现有的CHARMM软件计算结果进行了比较。结果显示，aSSM能够计算出相当精确的结果，具有较高的可信度。 作为应用实例，aSSM被用于丝状肌动蛋白系统的全原子动力学性质计算。研究发现，丝状肌动蛋白的整体动力学性质在一定程度上依赖于结合的核苷酸配体（如ADP或ATP）。这意味着，不同的配体状态可能会影响丝状肌动蛋白的功能行为，这对于理解生物分子的生理过程具有重要意义。 关键词：大分子、子结构、全原子计算 这项工作不仅提供了一种高效处理大型生物分子动力学问题的计算工具，而且对于生物大分子功能的理解提供了新的理论支持。通过aSSM方法，科研人员能够更深入地探究生物大分子的动力学特性，从而推动药物设计、蛋白质功能研究以及疾病机制的理解。未来，随着云计算技术的发展，这种计算方法的应用范围将进一步扩大，为生物科学和医学研究带来更多的可能性。