【为什么表面积对ds积分】实验笔记丨蛋白质互作类型并用discovery studio（DS）分析

生物体各细胞的正常代谢过程离不开蛋白质之间的相互作用，生物学中的许多生命现象，如细胞周期调节、信号传导、免疫反应和中间代谢、基因的复制、转录、翻译、遗传密码的分析和破译等，都是由蛋白质之间的相互作用控制的。

这些相互作用界面形态各异，具有不同的物理化学特性和结构特点。一些蛋白质间能形成紧密地结合，而另一些则可能只是瞬间的相互作用，但是无论哪种情形，都是控制着细胞大量代谢活动的过程。蛋白质间的相互作用不但能改变细胞内蛋白质的动力学特性，产生新型结合位点，改变受体蛋白和配体小分子间的作用特异性，还可以通过调控某些蛋白质的失活或复活达到控制基因表达的目的。因此，在分子水平上定量地阐述蛋白质间的亲合力和相互识别机制，对于探索蛋白质聚集体结构和功能之间关系有重要作用，更为科学合理地设计出有效蛋白质分子聚集体提供了可能。

疏水相互作用、氢键作用和静电相互作用是蛋白质分子间最重要的相互作用，它们促使蛋白质分子按照一定的结构结合在一起。

疏水相互作用

指由于非极性基团的存在，分子中极性基团的静电力和氢键力基团有聚集在一起的倾向而对疏水基团产生排斥，从而导致水分子结构重排，水和水之间形成氢键网络，造成疏水基团相互聚拢所产生的能量效应和熵效应即是疏水相互作用。疏水/亲水间的平衡是蛋白质结构的重要特征，蛋白质分子内部的疏水作用在一定程度上决定了其结构稳定性，它是支撑蛋白质空间结构稳定必不可少的部分，对蛋白质的结构和功能有极其重要的影响。

对蛋白质折叠问题的研究揭示了肽链折叠的本质。这种折叠 (又称包裹)并不是随意的，理论上一条肽链存在多种折叠方式，但最后它们都会折叠成具有生物活性的特定空间构型。这与蛋白质分子相互作用界面上非极性基团的分布有重要关系，简单地说就是在水中非极性基团倾向于聚集在一起以达到缩小表面积的目的，故将肽链中大部分的疏水性残基包裹到内部，这是形成蛋白质疏水内核的重要原因。此外，组成蛋白质大分子的各个基团的相对疏水性的叠加可以得到其整体的疏水性。分析非极性基团在蛋白质相互作用界面上的分布情况，并计算蛋白质复合物的疏水自由能，能定量地评价其在蛋白质复合物产生过程中对疏水作用的贡献。

由于氢键力基团与极性基团间的静电力有促使二者聚集的倾向，从而产生对疏水基团的排斥作用，诱导疏水基团彼此聚集的能量效应和嫡效应称为疏水相互作用。疏水相互作用、疏水和亲水之间的动态平衡对蛋白质的结构与生物功能有重要影响。利用DS模拟软件中的Calculate Solvent Accessibility程序运算 SoxYZ二聚体和两亚基的溶剂可及表面积（Solvent Accessible Surface，SAS）。参数Grid points per atom控制计算的精确度，数值越大精确到越高，但是运算时间也越长，这里我们选择默认值240，Probe radius默认值为1.4Å，即一个水分子的大小，默认溶剂可及表面积小于10%的氨基酸残基为掩埋态（buried），大于25%的为暴露态(exposed)，介于10%-25%之间的为过渡态（或部分掩埋态, partially buried）。

氢键作用

氢键是分子相互作用中最重要的作用力，它决定了分子构型和分子聚集态，对从无机化学到生物化学的整个化学系统都起着重要的作用。由氢原子参与成键的特殊形式的化学键称为氢键，其本质是由一个缺电子的H原子和一个电负性强的原子或原子团 X（如F、O、N等）之间形成的一种弱相互作用。氢原子的电子云能够被电负性较强的X原子拉向己方，使XH成为偶极元，故造成氢原子和X原子分别带有少量正电荷和对应的负电荷。在拥有正电荷的 H 原子和拥有孤对电子且电负性较强的Y原子彼此相互靠近的情况下，它们间会形成静电引力，所以就产生了X-H…Y这类结构形式的氢键。其键能通常为-3~-6 Kal/mol，它比化学键的键能要小的多但与范德华力较为接近，是介于两者之间的一种作用力。这表明氢键既能为保持蛋白质空间结构的稳定性提供必需的结合能，又可在一定的代谢过程中快速解离。

氢键（hydrogen bond）对维持蛋白质的三维结构有着至关重要的作用。利用Macromolecules模块下的Analyze Protein Interface分析二聚体的相互作用界面，可以获得整个蛋白质复合物的氨基酸组成、参与蛋白质-蛋白质相互作用的界面氨基酸残基以及界面处的氢键、π键和盐键情况。

静电相互作用

分子中的偶极、诱导偶极和带电基团间的各种静电吸引力称为静电相互作用。静电相互作用可分为两种，即存在于蛋白质分子内部的静电相互作用以及蛋白质分子外部同外界溶剂环境间的静电相互作用。 电离基团和偶极基团在蛋白质的分子表面和内部都可能存在，离子作用和其它静电作用就是由于它们之间的相互作用形成的。由于形成共价键时，分子中不同类型原子的电子分布是不平衡的，所以分子中绝大部分地原子都带有少量电荷，此外，蛋白质中极性氨基酸的侧链也可能携带少量电荷。静电相互作用对生物大分子结构的维持和生物功能的实现有巨大作用。在对许多生命代谢过程的研究中，静电相互作用都起着关键作用，如蛋白质分子的水化自由能、蛋白质分子的稳定性、酶与底物或抑制剂的结合自由能等。

偶极、带电基团以及诱导偶极间的静电吸引力称为静电相互作用。电离基团或偶极基团可能位于蛋白质分子的表面和内部，经相互作用它们之间便会形成离子与其它静电相互作用。蛋白质空间结构的稳定以及生物功能的实现与静电相互作用密切相关。利用Simulation模块下的Calculate Electrostatics对二聚体蛋白进行静电计算，Parameter Type选择Delphi Default，即使用Delphi Default的原子电荷和原子半径作为二聚体蛋白质体系的模板。