基于骨架扭转能的蛋白质二级结构设计

我们提出了一种用于蛋白质系统力场的新骨架扭转能项。该扭转能项由两个变量（骨架二面角 $\phi$ 和 $\psi$）的二重傅里叶级数表示。它给出了 Ramachandran 空间中扭转能的自然表示，即任何在 $\phi$ 和 $\psi$ 上均具有周期性的二维能量曲面均可由二重傅里叶级数展开。随后，我们可以通过修改扭转能曲面来轻松控制二级结构的形成倾向。例如，我们可以通过降低/升高 Ramachandran 空间中 $\alpha$ 螺旋区域的扭转能曲面来增加/减少 $\alpha$ 螺旋的形成倾向，同样地，通过降低/升高 $\beta$ 折叠区域的曲面来增加/减少 $\beta$ 折叠的形成倾向。我们将该方法应用于 AMBER parm94 和 AMBER parm96 力场，并通过对 $\alpha$ 螺旋和 $\beta$ 发夹多肽进行折叠模拟，证明了我们对扭转能项的修改导致了二级结构形成倾向的预期变化。