多尺度动力学模拟揭示偶氮苯光异构化引发的多肽折叠与解折叠的分子机理

偶氮苯作为光活性单元，可与蛋白和多肽交叉连接，借助于偶氮苯光异构可调节和控制蛋白和多肽的折叠和解折叠过程，从而调节生物体系的物理及化学性质，在医学和酶催化等领域有重要应用，但其过程十分复杂，仅依靠实验很难弄清其微观机制，而理论研究在这方面能发挥不可替代的作用。光触发的偶氮苯光异构涉及电子激发态和非绝热跃迁过程，必须使用高精度的电子相关方法；而多肽折叠和解折叠过程需要长时间的动力学模拟，必须发展和改进多尺度动力学模拟方法。

最近，化学学院崔刚龙、方维海研究组和德国马普所Thiel教授合作，发展了一种高效的多尺度模拟方法：量子力学和分子力学（QM/MM）相结合的非绝热动力学方法，研究初期超快的激发态动力学和非绝热跃迁；但体系回到基态则用分子动力学方法模拟长时间的构象动力学。采用发展的多尺度模型，模拟了偶氮苯光异构化引起的FK-11多肽折叠和解折叠过程，发现多肽和偶氮苯之间的相互作用起着决定性的作用，不仅加速蛋白的折叠和解折叠过程、调控二级结构比例，而且影响偶氮苯的异构化过程。他们的理论研究对偶氮苯异构化和多肽折叠及解折叠过程给出了新的机理洞察，为进一步的实验和理论研究提供了重要的理论参考信息。

相关成果发表于《德国应用化学》: (How Photoisomerization Drives Peptide Folding and Unfolding: Insights from QM/MM and MM Dynamics Simulations, S.-H. Xia, G.L. Cui, W.-H. Fang, and W. Thiel, Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/ange.201509622)。该工作得到基金委优秀青年基金、重点国际合作项目、及创新群体基金资助。