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  • 數學科學學院交叉科學研究中心周圣高課題組在《PNAS》上發表最新研究成果
  • 瀏覽量:16 發布人: 發布時間:2019-07-05
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    201973日,國際著名綜合類科學期刊《美國科學院院刊》(PNAS)在線發表題為“Variational implicit-solvent predictions of the dry–wet transition pathways for ligand–receptor binding and unbinding kinetics”的研究論文。我校數學科學學院交叉科學研究中心周圣高副教授為該論文的第一作者,蘇州大學是唯一第一作者單位。

        配體與受體在水環境中的結合與分離在很多關鍵生物化學過程中起著至關重要的作用。正確認識配體與受體的結合與分離動力學是合理藥物設計的基礎。研究該動力學的重大挑戰之一是如何對疏水口袋內水的漲落效應進行有效地可計算建模。該工作基于變分隱式溶劑模型發展了一系列高效的數值方法,用于計算配體在干濕口袋狀態下的平均力勢以及口袋的干濕過渡轉移速率。另外,文章提出了多狀態布朗動力學模擬算法來研究結合與分離的平均首通時間(Mean First-Passage Times)。計算結果與分子動力學模擬結果吻合,說明該方法能很好地刻畫配體運動的非馬爾科夫特性。

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        進一步研究表明疏水口袋內的水溶劑漲落效應將減慢配體與受體的結合過程,但會加速配體與受體的分離過程。該創新研究成果否定了配體與受體分離時在口袋附近具有高摩擦系數這一普遍接受的推測,為理解水環境中配體與受體分離動力學提供全新視角。另外研究發現,在配體的結合與分離過程中,配體與受體的非平衡溶解狀態具有記憶效應,呈現出磁滯現象。

        相比于結合過程,配體與受體分離發生的時間尺度往往大好幾個數量級,直接分子動力學模擬計算代價過大。該工作提出的理論模型與數值計算方法不僅為復雜配體-受體結合分離過程提供了高效的研究工具,對藥物設計基礎研究也有重要意義。

      

        周圣高老師2015年于美國加州大學圣地亞哥分校完成博士后研究工作后入職蘇州大學數學科學學院交叉科學研究中心。近年來主要從事生物物理建模、模型數學理論分析及高性能科學計算等方面的研究,取得了一系列重要創新研究成果。該研究成果得到江蘇省自然科學基金青年項目BK20160302, 國家自然科學基金青年項目 11601361,國家自然科學基金面上項目21773165,以及蘇州大學科研啟動經費項目 Q410700415等項目的經費支持。

      

    論文鏈接:https://www.pnas.org/content/early/2019/07/02/1902719116


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