We have performed molecular dynamics (MD) simulations at 300 K on the tricomponent solution containing tripeptide, cosolvent and water molecules to investigate the structural and energetic effects of cosolvents on the peptide and water molecules. We use the glycerol or urea molecule as cosolvent and Gly-Ala-Phe (GAF) as tripeptide in each simulation. The concentration of cosolvent is adjusted to 6~7V% of water. We have also carried out the MD simulations on the two component solution without tripeptide (GAF), i.e., only urea or glycerol molecules, to compare with the above system. We analyze the structural and dynamic change of the tripeptide by the torsional angle distribution and the root-mean-square (RMS) fluctuation. The interactions between all constituent molecules are analyzed by their hydrogen-bonding characteristics. We examine the water structure through hydrogen-bond, the distribution of energies and hydrogen-bonded circular networks, ring. Cosolvent-induced conformational changes occur in the Ala residue in urea solution. The residue, Ala, interacts with urea molecules substituted for water molecules through hydrogen-bond. The water structure around the peptide is slightly more ordered in glycerol solution where glycerol is excluded in the vicinity of peptide. In order to examine in detail the effect of ionizable residues on the stability of α-helical structure, we have performed molecular dynamics simulation on melittin under the controlled pH with macroscopic dielectric model. We simulate at +3-charged, +6-charged and totally uncharged states of melittin, respectively. From these calculations, we obtain various conformational properties such as helical contents, torsion angle trajectories, temperature factors and end-to-end distance. +3-charged state correponding to basic pH range shows the most stable structure. Our analysis conclude that helix is least stable at neutral pH including six positively charged residues and helicity increases as pH approaches the basic range. In addition, our results qualitatively show the difference of the hinge bending flexibility of (-helix according to pH.
생체고분자의 구조와 기능에 영향을 미치는 여러 인자들은 많이 거론 되어져 왔고, 최적화 구조를 찾기 위한 노력의 일환으로써, 특히 물분자의 역활 등 주변환경들에 대한 관심이 높아져 왔다. 수화현상을 이해하기 위하여 첨가제가 유발하는 생체고분자의 안정화 정도를 물 및 생체고분자의 구조와 기능에 연계시켜 보고자 하는 일련의 연구들이 행해져 왔고, 본 논문에서도 이러한 맥락에서, 펩타이드 조각, 공용매 및 물 분자들로써 구성된 세 성분계에 대한 분자 동력학적 연구를 컴퓨터 모의 실험을 통해 수행함으로써, 공용매가 펩타이드의 구조와 동력학에 미치는 영향 및 주위 물 분자의 구조와 상호작용에 대하여 연구 하였다. 공용매로써는 우레아와 글리세롤을, 펩타이드 조각으로는 Glycine-Alanine-Phenylalanine의 X-ray 결정구조를 이용하였다. 주위의 물의 환경은 구형 모델을 사용하였고, 각각의 우레아와 글리세롤 용액계에 대해 구형 반경을 13 Å 과 15 Å 으로 하였고, 각 공용매의 농도는 주용매인 물 분자에 대해 6~7V%로 맞추었다. 구형모델의 바깥은2~3 Å 두께의 물층으로 둘러싸므로, 물 분자들이 계를 벗어나지 못하고 계의 에너지를 안정화 시키도록 유도하였다. 모든 준비된 계에 대하여 분자동력학적 모의 실험을 300 K 에서 실시하였다. 그 결과, 우레아를 공용매로 포함한 용액에서는 우레아 분자들이 펩타이드 주위의 물 분자들이 구성한 수소결합-뭉침망 내에 침입하여 펩타이드 분자와 직접적인 수소 결합을 형성하였다. 이에 반해, 글리세롤용액에서는 우레아에 비해 다소 덩치가 큰 글리세롤 분자들이 펩타이드 주위에서 쫓겨나는 현상을 관찰하였다. 물 분자들도 우레아 용액보다는 글리세롤 용액내에서 더 구조화되었으며, 특히 Alanine 주위에서 그 정도는 더 하였다. 또한, 펩타이드 구조도 글리세롤 용액내에서는 X-ray 결정 구조와 거의 유사하였다. 결론적으로, 공용매가 펩타이드 용액에 미치는 영향은 소수성 상호 작용에 의한 물 분자 구조의 변형과 더불어 펩타이드와 공용매 및 물과의 상호 작용은 직접적인 상호 작용에 의한 것임을 알았다. 각기 다른 전하 상태를 가지는 아미노산들이 단백질내에 존재할 때, 그 일차 구조와 물리적 상태가 최적화 구조와 동력학적인 성질들에 미치는 영향을 또한 연구 하였다. 멜리틴의 세 가지 전하 상태, 즉, +3-, +6-와 비전하 상태에 대해 연구한 결과, Ramachandra map 상의 전이라든가, N-terminal과 C-terminal 사이의 공간상 거리가 줄어드는 등 구조상의 큰 변화가 초래되었다. 또한, hinge-bending 유연성이 각 전하 상태에 따라 다르게 나타났다.
