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氧气环境中一氧化碳与血红蛋白的结合:分子动力学的力场发展

Journal of Chemical Theory and Computation ( IF 5.7 ) Pub Date : 2024-02-24 , DOI: 10.1021/acs.jctc.4c00029
Mingrui Jiang, Chi-Hua Yu, Zhiping Xu, Zhao Qin


一氧化碳 (CO) 是碳基燃料(例如木材、煤炭、汽油或天然气)不完全燃烧的副产品。由于火灾事故或发动机中的不完全燃烧,大量产生的CO会导致严重的生命威胁,因为CO会与结合血红蛋白的氧气(O 2 )竞争,使人缺氧。虽然对于CO中毒患者有高压O 2疗法,但富O 2环境中CO解离的纳米级机制尚不完全清楚。在本研究中,我们构建了与CHARMM兼容的经典力场参数来模拟血红蛋白、CO和O 2之间的配位相互作用,并利用力场揭示了O 2对血红蛋白和CO之间结合强度的影响。密度泛函理论和 Car-Parrinello 分子动力学模拟用于获得键能和平衡几何形状,并且我们使用通过前馈神经网络模型启用的机器学习来获得经典力场参数。我们使用力场引导分子动力学模拟来表征不同模拟富O 2环境下血红蛋白-CO 键断裂前的机械强度。结果表明,当O 2以小于∼2.8 Å的距离接近血红素的Fe 2+时,CO和Fe 2+之间的配位键在断裂过程中观察到的峰值力降低至50% 。我们的元动力学模拟测量的自由能景观也显示了这种减弱效应。 我们的工作表明,血红蛋白-CO键周围富含O 2的环境有效地削弱了这种键合,因此设计O 2递送载体至该位点有助于减轻CO结合,这可能为CO的从头药物设计提供启示。中毒。




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更新日期:2024-02-24
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