从实验和模拟数据比较β-发夹十肽与SDS/DPC胶束的相互作用
,1 ,2,三和
1,4 艾莉森·兰厄姆
1化学工程和材料科学部，美国明尼阿波利斯华盛顿大道东南421号，邮编55455
艾伦·J·沃林
2加州大学洛杉矶分校戴维·格芬医学院医学系，加利福尼亚州洛杉矶，邮编：90095
三加州大学洛杉矶分校David Geffen医学院儿科，加利福尼亚州洛杉矶，90095，美国
YN卡兹内西斯
1化学工程和材料科学部，美国明尼阿波利斯华盛顿大道东南421号，邮编55455
4美国明尼苏达州明尼阿波利斯市华盛顿大道东南421号明尼苏打大学数字技术中心，邮编55455
1化学工程与材料科学系，421 Washington Ave SE，Minneapolis，MN 55455，美国
2加州大学洛杉矶分校戴维·格芬医学院医学系，加利福尼亚州洛杉矶，邮编：90095
三加州大学洛杉矶分校David Geffen医学院儿科，加利福尼亚州洛杉矶，90095，美国
4美国明尼苏达州明尼阿波利斯市华盛顿大道东南421号明尼苏打大学数字技术中心，邮编55455
通讯作者。 收到日期：2007年3月19日；2007年7月16日接受。
版权©2007 Langham等人；被许可方BioMed Central Ltd。 摘要
背景
我们采用实验和计算相结合的方法来确定肽如何与宿主和微生物膜替代物相互作用，以验证模拟方法，我们希望能够开发适用于新型抗菌肽设计的见解。我们研究了两种截短版本的强力但具有细胞毒性的抗菌十八肽蛋白-1、PC-72和PC-73的相互作用。
结果
我们结合FTIR、荧光光谱和分子动力学模拟来研究肽与十二烷基硫酸钠（SDS）和十二烷基磷酸胆碱（DPC）胶束的相互作用。FTIR测定的二级结构相对数量与模拟结果一致。荧光光谱、氘交换实验和模拟都表明，这两种肽都没有深深嵌入胶束核心。虽然分子模拟将这两种肽置于胶束-水界面，但进一步的研究揭示了某些残基与胶束核心相互作用的差异。
结论
通过与实验的比较，我们证明了分子动力学模拟方法的准确性，并利用模拟结果加强了对这两种肽如何与这两种胶束相互作用的理解。我们发现，在肽的最终结构和肽相对于胶束的最终构象方面，模拟结果与实验结果一致。深入研究肽相互作用，我们从模拟数据中发现两个肽之间的相互作用存在差异；PC-72上的Leu-1与SDS胶束强烈相互作用，尽管这种相互作用并不持久——在整个模拟过程中，残留物会抽出并插入胶束。
1.背景
抗菌肽（AMP）由许多（如果不是全部）植物和动物产生[1-三]. 尽管经过20多年的研究，AMPs对细胞膜和微生物膜的作用机制尚不完全清楚，这阻碍了设计新型无毒抗菌肽的努力[4]. 许多AMP以膜脂双层为靶点，实验表明，它们的存在会增加合成脂质体的内漏率。此外，许多AMP的对映体版本与其天然对应物一样活跃，这表明立体特异性受体不是AMP的靶点[5,6]. 阻碍治疗性AMPs发展的一个重要因素是，许多活性抗菌肽也会伤害人类细胞，因此可以通过结构修饰来降低宿主毒性水平，同时又不损害其对抗病原体的效力。
我们进行了这项研究，认为通过实验和计算相结合的方法来阐明肽如何与哺乳动物宿主和微生物膜相互作用，这可能是AMP设计的一个有价值的辅助手段。也许有一天可以通过检测特定残基与膜模拟物的相互作用来确定有助于肽活性或毒性的序列区域或残基，尽管要实现这一目标，需要对许多肽进行研究。本研究将傅里叶变换红外光谱（FTIR）等实验技术与原子分子动力学（MD）相结合模拟以确定模拟方法的有效性，并证明MD模拟在提供有关肽和膜模拟物之间相互作用的分子级细节方面的实用性。通过与实验数据的比较来确认模拟的准确性后，我们可以开始检查模拟提供的分子级细节。
蛋白酶是最初从猪白细胞中纯化的五种有效阳离子抗菌肽家族[7,8]. 蛋白球蛋白（PG）-1[RGGRL CYCRR RFCVC VGR-amide]具有β发夹结构，通过连接Cys-6到Cys-15和Cys-8到Cys-13的二硫键来稳定。PG-1的广泛抗菌谱包括革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌以及某些真菌[7,9]; 然而，PG-1也会损害人类细胞[10]，限制了其治疗潜力。因此，尽管全长PG-1的强大抗菌特性使其成为开发治疗性AMP的合理起点[11]，其实质性细胞毒性是有问题的。事实上，Iseganan（IB-367，一种蛋白样肽）的毒性[12])这可能是评估其预防口腔黏膜炎和呼吸机相关性肺炎能力的临床试验结果不成功的原因之一[12-14].
因此，合理设计抗菌无毒肽的问题仍然悬而未决。本研究通过各种实验技术和MD模拟来检验两种肽与两种类型的膜模拟物之间的相互作用差异，以确定模拟方法是否准确捕捉肽与胶束之间的相互关系。PC-72是PG-1[LCYCR RRF CV C-酰胺]的截短型11残基版本，PC-73是与PC-72相同的10残基肽，但不含N-末端亮氨酸。PC-72和PC-73中的二硫键模式与PG-1中的相同。
理想情况下，在AMPs的研究中，将检查多肽与组成类似于人类或细菌细胞膜的脂质双层之间的相互作用。由于双层与传统实验技术（如FTIR和NMR）相比存在困难，并且由于模拟含脂质双层的肽的方法学瓶颈，我们建议将胶束用作膜模拟物。胶束为活性和毒性研究提供了一个极简系统；与脂质双层一样，胶束具有明确的疏水核心和柔性亲水界面，在核磁共振波谱等实验方法中常用来代替单层或双层[15-18]. 最近，人们在胶束中对多种AMP进行了研究，其中包括阿司匹林、马加因和金蛋白[19-24]. 重要的是，它们具有更快的运动时间尺度[25-30]以及更小的系统尺寸，这将所需的模拟长度减少到计算上可行的长度。DPC胶束模拟真核细胞膜，其通常富含两性离子磷脂。SDS模拟细菌膜中的负电荷分子[31]，因为它有一个灵活的阴离子表面和一个疏水的内部[32-36]. 我们以前研究过SDS和DPC胶束中的其他AMP，包括蛋白酶-1和吲哚啶[11,37-42].
我们应该强调，胶束并不是阐明生物功能和药理特征中所有相关现象的合适载体。尽管如此，我们认为将肽的活性和毒性与细菌和哺乳动物膜模拟物的结合联系起来是一个合理的假设。人们不能忽视这样一个事实，即肽需要首先与膜结合。这是一系列步骤中的第一步，这些步骤并不完全清楚，可能确实涉及多个肽的聚集以形成多孔结构。我们可以尝试确定这个初始绑定是否重要以及在多大程度上重要。本研究为使用我们的模拟方法提供了基础，这将允许我们继续研究这一问题。
2.结果和讨论
插入深度
进行了氘交换实验，以提供有关肽在两种胶束环境中溶剂可及性的信息。与埋在肽-细胞系综的更疏水域中的残基相比，暴露于溶剂中的肽残基将交换得非常快。PC-72和PC-73在接触溶剂的最初几分钟内迅速氘化。在本研究中使用的两种胶束系统中，这两种肽在快速氘化方面没有显著差异。胶束结合PC-72和PC-73肽的快速交换更符合胶束可溶剂接触表面上的位置，而不是胶束系综疏水内部的封闭。
酪氨酸的荧光发射也用于评估SDS和DPC胶束系统中肽的分子形貌。SDS和DPC中PC-72和PC-73的酪氨酸荧光集中在305 nm左右，光谱（数据未显示）与PBS溶液中的肽相同。这一发现表明，当肽与DPC或SDS胶束结合时，氨基酸序列中的酪氨酸残基处于水溶液可接近的环境中。如下文所述，这与MD模拟结果一致，该模拟结果表明该残留物位于胶束-水界面附近，并且可接触到本体溶剂。
利用分子动力学模拟数据探索了肽插入胶束的深度。我们从研究系统的最终平衡构象开始。在图中和，显示模拟的最终图像。目视检查表明H/D数据和模拟结果之间的一致性良好。在这两种类型的胶束中，肽都移动到胶束-水界面，尽管在每个系统中都可以看到某些残基插入胶束核心。在图中PC-72位于DPC-水界面附近，允许Tyr-3与疏水胶束核心和散装水相互作用。Val-10和Phe-8也与胶束界面相互作用。PC-73似乎就悬浮在水和胶束表面之间的界面上，肽的疏水面朝向胶束，但没有嵌入核心。
在DPC胶束中模拟的最终视图（为了澄清而去除水）。左边是以橙色显示的PC-72，右边的PC-73以黄色显示。疏水残基被着色以强调：亮氨酸为红色，酪氨酸为绿色，苯丙氨酸为蓝色，缬氨酸为紫色。在每个模拟的最终构象中，肽位于胶束-水界面。
SDS胶束中模拟的最终视图（为了澄清，去除了水）。左边是以橙色显示的PC-72，右边的PC-73以黄色显示。疏水残基被着色以强调：亮氨酸为红色，酪氨酸为绿色，苯丙氨酸为蓝色，缬氨酸为紫色。目视检查表明，PC-72稍微更深入地插入SDS胶束。
PC-72和PC-73在DPC（A）和SDS（B）胶束中的氘化动力学。根据方法中描述的酰胺II带的面积估算肽氘化的百分比
在SDS胶束中（图)，PC-72在模拟结束时似乎倾斜，以允许Phe-8和Val-10与胶束之间的相互作用。在模拟的这张快照中，Leu-1和Tyr-3没有与胶束相互作用。PC-73显示Phe-7和Val-9部分插入SDS胶束核心。
计算每个系统的胶束质心和肽质心之间的距离，并得出结果（图)提供量化图中图像的方法和。我们还将此测量用作确定系统何时达到平衡的方法。在几乎所有的模拟中，肽在10 ns内达到相对于胶束质心的平衡位置，尽管DPC中的PC-73需要近15 ns才能平衡。在SDS胶束中PC-72和PC-73到质心的距离之间没有明显的差异。当然，仅基于肽质心的测量不能传达这两种肽相对于胶束在取向和相互作用方面的细微差异。
胶束质心和肽质心之间的距离图。DPC（A）或SDS（B）胶束中的肽没有明显差异，与H/D交换数据一致。
模拟还可以为每个系统中的每个肽提供溶剂暴露表面积数据；我们计算了肽表面暴露在水中的百分比。计算出的溶剂暴露表面积为Lee-Richards表面积，探针半径为1.6，精度设置为0.05[43]. 这些计算结果如图所示并提供了与前面介绍的H/D交换数据一致的图片：在系统之间检测不到暴露区域之间的显著差异。
溶剂（水）暴露肽表面积百分比图。两种肽在两种胶束中均无显著差异，与H/D交换数据一致。
为了更好地理解胶束中各个残基位置的微妙之处，我们计算了胶束质心与每个残基之间的距离。对于大多数残基，在肽达到最终构象的模拟期间，残基的相对位置保持不变，但PC-72上的Leu-1与SDS胶束相互作用时除外。在图中我们绘制了这种残留物的运动曲线，并表明它周期性地进出胶束。这在图中不可见，这只显示了模拟中30 ns时的最终配置。在图中我们可以看到，该肽的N末端与胶束核心间歇性地相互作用。
亮氨酸残基与胶束质心之间的距离。很明显，亮氨酸-1的位置是波动的，在11ns时从插入位置移动，然后在20ns时返回。因为该残基位于N末端，所以它不会通过接近精氨酸基团（如Phe-8）而锚定在界面上。
SDS胶束中PC-72的视图（未显示水）。从图像中可以清楚地看到，亮氨酸残基已从胶束中出来，并以17毫微秒的速度离开界面，但对胶束核心的吸引力将其拉回22毫微秒。模拟结果显示，Leu-1在30 ns时从胶束中移回。
二级结构
通过对模拟的二面角进行分析，确认获得了稳定的稳态构象。人们不会期望这些受两个半胱氨酸-半胱氨酸二硫键约束的小β发夹肽的结构具有很大的灵活性，事实上，我们看到所有残基的每个二面角的值偏差约为5到10度，除了SDS和DPC中涉及PC-72上Leu-1的Ψ角，其偏差约为20度。考虑到这个残差在N端，这些角度的变化并非不合理。
在DPC和SDS中进行PC-72和PC-73肽的FTIR测量，以提供对这些肽在每个胶束系统中的二级结构的估计。PC-72和PC-73在肽与脂质的摩尔比为1:60的DPC胶束中具有相似的光谱特征。在1674和1638厘米处有两个主要的吸收峰-1这是典型的肽，在胶束环境中呈环状和β片状构象。β-薄片的吸收峰很宽，半峰全宽（FWHM）约为12 cm-1这表明胶束结合肽存在平行构象和反平行构象的混合。对肽模拟二面体的分析证实了FTIR测量中观察到的β-片的总百分比以及平行和反平行β-片构象混合的相对贡献（表). β-片状构象、环状构象、螺旋构象和无序构象的总构象百分比也与DPC胶束中这两种肽的分子模拟估算的构象百分比相当好。与在DPC胶束中的PC-73相比，PC-72始终显示出比回路结构略多的β片构象。
表3
FTIR光谱和分子动力学模拟得出的PC-72和PC-73胶束中二级结构的比例*。数据是5次单独测定的平均值。
| 样品 | %Beta表 | %环形转弯 | %无序 | %螺旋线 |
| PC-72十二烷基硫酸钠红外光谱 | 43.3 | 42.3 | 4.4 | 10 |
| PC-72 SDS模拟 | 52 | 27.2 | 14.4 | 6.4 |
| PC-72 DPC红外光谱 | 54 | 30.8 | 10.2 | 5 |
| PC-72 DPC模拟 | 54.2 | 27.4 | 9.3 | 9.1 |
| PC-73十二烷基硫酸钠红外光谱 | 23.4 | 48.1 | 18.5 | 10 |
| PC-73 SDS模拟 | 40 | 29 | 20 | 11 |
| PC-73 DPC红外光谱 | 38.6 | 46.1 | 6.3 | 9 |
| PC-73 DPC仿真 | 43 | 27 | 15 | 15 |
在SDS胶束中对PC-72和PC-73的分析显示，用DPC观察到的各种构象的百分比相似；然而，β-片吸收峰从1638cm-1移动到1629cm-1变得更窄（半高宽~8厘米-1)表明反平行β-片的比例更大（图). 还有一个清晰的高频带，中心约为1689厘米-1这是肽酰胺I带频率分裂为与反平行β-片相关的高频和低频成分的特征，证实了SDS胶束环境中存在大量反平行β–片构象[44]. FTIR测量和MD模拟均表明，SDS中的PC-72和PC-73肽具有比平行β片更大程度的β片反平行构象。与SDS胶束环境中的PC-73肽相比，PC-72同系物具有更多的反平行β-片，但以环回构象为代价。
DPC胶束中PC-72（A）和PC-73（B）的FTIR光谱。与PC-73相比，PC-72的β-片构象相对于环-圈结构略多。
相互作用的强度
为了更详细地了解肽和胶束之间的相互作用，根据模拟轨迹计算了径向分布函数（RDF）。用SDS和DPC胶束核计算每个残基侧链的RDF。径向分布函数表示在与另一特定原子或原子群的给定距离内找到某一类型原子的可能性，从而给出系统中原子集之间的相对亲和力。更尖锐、更大的峰值表明相互作用更强。
整合绘图下的区域以确定交互的总体强度可以提供信息。比较所有残基的整合总数，我们发现SDS中PC-72的总和（当Leu-1插入核心时）为54.8，大于PC-73的总和39.3。在DPC中，差异不太显著，PC-72的峰值为49.7，PC-73的峰值为41.1。
有几个残基与SDS胶束核心表现出强烈的相互作用。当在“插入”时间段内计算时，PC-72上的Leu-1有一个大的峰值，表明它对该肽的活性很重要。相邻的Cys-2残基也显示出一个强峰，从而表明N末端在与带负电胶束相互作用中的重要性。在SDS胶束上，Phe-8和Val-10也有很强的峰，尽管它们并不比PC-73上相应残基的峰显著得多。
在比较两个肽与DPC的相互作用时，我们发现每个残基几乎没有差异。PC-72上Arg-5的相互作用稍强，PC-73上Phe-7的相互作用略强，但积分结果表明，差异相互抵消。
如果我们对比PC-72与这两种胶束的相互作用，我们发现Tyr-3的相互作用存在明显差异，最显著的是，PC-72上的Leu-1与DPC的相互作用明显缺乏峰。PC72上Leu-1的RDF在22 ns左右（较高峰值）和模拟的最后5 ns（较低峰值）出现波动。Tyr-3和SDS胶束核心的相互作用很小，但和DPC胶束核心有一个很强的峰。这似乎与前面讨论的荧光数据不一致；然而，它可以通过图中的图像来解释和，显示了Tyr-3如何与胶束核心相互作用，但也暴露在水中。
3.结论
我们结合实验技术和分子动力学模拟，详细研究了四个系统：SDS和DPC胶束中的两个相关肽。我们看到，模拟结果补充了实验结果。通过比较FTIR和模拟结果，我们发现肽在实验环境中采用了与模拟相似的构象。这缓解了人们对相对较短的模拟时间尺度捕获适当肽结构的能力的一些担忧。此外，从氘交换数据来看，肽似乎都位于胶束表面，在那里它们可以与胶束核心和本体水相互作用。从荧光数据来看，当与两种类型的胶束相互作用时，PC-72上的Tyr-3（和PC-73上的Tryr-2）似乎能够与散装水相互作用。虽然Tyr-3在PC-72上与DPC相互作用时的径向分布函数有一个高峰值，但我们可以目视检查系统，发现虽然Tyr-3与胶束核心接触，但它也暴露于水亚相。
本研究特别值得注意的是，在模拟中观察到PC-72和PC-73的N末端与SDS胶束相互作用的差异，这些差异在实验中无法观察到。虽然在与SDS胶束相互作用时，这两种肽的实验数据几乎没有差异，但我们确实发现PC-72上的亮氨酸残基与胶束核心相互作用，尽管是间歇性的。
实验数据与模拟数据的一致性证明了模拟方法在研究肽与胶束相互作用方面的有效性。此外，模拟提供了必要的详细程度，以确定肽与两种胶束相互作用方式的差异，并且知道模拟结果与实验结果一致，我们可以扩展模拟分析以更详细地探索系统。这项工作是开发模拟方法以预先确定肽的活性和毒性这一总体目标的必要步骤，尽管这些方法必须通过研究更多肽来开发。基于PC-72和PC-73这两个数据点，就胶束作为膜环境的有效性得出结论还为时过早。
4.方法
4.1肽合成与纯化
PC-72和PC-73使用Applied Biosystems 431A肽合成器使用FastMoc™化学在0.25 mm规模上合成[45]，双偶联，和Rink酰胺MBHA树脂（Novabichem，San Diego，CA）。用三氟乙酸：乙二醇：硫代苯甲醚：水，10:0.25:0.5:0.5，v:v的溶液将裂解肽脱保护2小时，然后用冷叔丁基醚沉淀。在真空下干燥后，用Tris（2-羧乙基）膦盐酸盐（TCEP，Pierce，Rockford，IL）还原沉淀，并在C18柱（Vydac，Hesperia，CA）上使用线性梯度水：乙腈和0.1%TFA作为离子对试剂，通过反相HPLC纯化沉淀。将纯化的还原肽（0.1 mg肽/ml缓冲液）在pH 7.5的5 mM醋酸铵缓冲液中折叠（空气氧化）48小时，温度25°C，搅拌。通过上述HPLC程序纯化氧化肽，其质量由MALDI MS确认。用10 mM HCl对肽进行两次冷冻干燥，以去除会干扰FTIR测量的残余三氟乙酸反离子。
4.2胶束中酪氨酸荧光的荧光测量
用Cary-Eclipse荧光分光光度计在274nm的激发波长下，在25°C下，在DPC和SDS胶束中，对PC-72和PC-73中的酪氨酸残基进行了稳态荧光发射光谱。肽与SDS（Sigma，St.Louis，MO）或DPC（Avanti Polar Lipid，Alabaster，AL）的摩尔比为~1:60。试剂在缓冲盐水溶液（8.1 g/L NaCl和0.6 g/L K）中制备2高性能操作4pH值为7.5；Mediatech，Herndon，VA）与模拟条件非常匹配。
4.3肽构象和氢中子交换的FTIR测量
使用配备氘化硫酸三甘氨酸（DTGS）检测器的Vector 22 FTIR光谱仪（德国埃廷根Bruker Optics）在25°C下记录红外光谱，平均256次扫描，增益4，分辨率2 cm-1为了获得PC-72和PC-73肽在SDS或DPC胶束中的傅里叶变换红外（FTIR）光谱，允许胶束制剂（肽：SDS/DPC摩尔比~1:60）在50×20×2mm 45°衰减总反射率（ATR）下通过空气干燥水性分散液形成膜用于Vector 22光谱仪的晶体（派克科技公司，威斯康星州麦迪逊，美国）。然后，在测量前一小时，通过将氮气中的氘蒸汽通过薄膜使样品水合。
分析了PC-72和PC-73肽的不同二级构象的FTIR酰胺I带[27]. 利用Galactic software提供的曲线拟合软件，通过傅里叶自卷积确定α-螺旋、β-圈、β-片和无序构象的比例，用于谱带收缩和成分峰的面积计算。不同结构的频率限制如下：α-螺旋（1662-1645厘米-1)β-薄片（1643至1623和1695至1685厘米-1)，β圈（1682至1662厘米-1)无序或随机（1650至1637厘米-1) [46]. 尽管反平行β板的低频酰胺I带集中在1630厘米左右-1在1685至1695厘米范围内有一个不太强烈的高频特征带-1，平行的β-片状酰胺I带不太确定[37]. 最近对含有大量平行β链的蛋白质的研究表明，这种构象的酰胺I吸收集中在1638厘米左右-1因此可以重叠来自反平行酰胺I吸收的贡献[47]使得这两种构象的光谱反卷积成为问题。因此，我们报告了1643到1623厘米光谱区域的整体整合-1β-片状构象，包括平行构象和反平行构象。
氘交换的时间过程是通过将上述密封的ATR样品室中的肽细胞膜置于D2O饱和氮气流中来确定的。通过获取一小时内不同时间点的FTIR光谱来监测样品氘化过程。酰胺II带的相对面积在1596和1502 cm-1之间，用作样品氘化程度的指标。
4.4分子动力学模拟
如前所述，在SDS和DPC胶束中模拟PC-72和PC-73[48,49]. PC-72和PC-73的结构是通过同源建模创建的，如[50]. 简言之，PG-1的已知结构被导入MOE[51]使用AMBER89力场去除N端和C端，使结构最小化。一旦导入CHARMM，C末端就会被酰胺化。由于这两个肽很小（10和11个残基），并且它们的序列与对应的蛋白-1区域相同，并且它们受到相同的两个二硫键的限制，我们可以确信，用蛋白-1模板进行同源建模得到的结构与实际结构非常接近；也就是说，它们采用半胱氨酸-半胱氨酸约束的β发夹结构。
SDS胶束-水复合物的起始坐标取自MacKerell进行的模拟[52]. SDS胶束由60个分子组成，在含有4375个水分子的54.15μl长边立方体中溶解。在以前用DPC胶束模拟蛋白质的过程中，我们看到一个DPC分子从胶束中分离出来，这表明N聚合而不是在最初的60分子DPC胶束中。为了纠正这一点，从胶束中去除一个分子，形成由59个DPC分子组成的胶束。由于DPC分子的尺寸比SDS稍大，DPC胶束在含有6120个水分子的菱形十二面体中溶解。在创建更大的模拟长方体时，目标是增加系统与长方体边缘之间的距离，而不增加溶解长方体所需的水分子数量。菱形十二面体几何形状允许在胶束周围形成更厚的水层，同时增加必须在合理数量内模拟的实际原子数。在这两种情况下，设置细胞尺寸以获得远离胶束界面的平衡体积水密度0.033/Al三正如我们所看到的，表面活性剂分子能够根据需要重新排列，以适应肽的存在导致的聚集数的变化。通过对胶束系统中肽的大量模拟，证明了使用具有一定聚集数的预成型胶束的选择是合理的，总共获得了微秒的轨迹[11，37，38，39，40，41，42，48，49，60]。在所有这些模拟过程中，我们只观察到单个DPC分子从由60个分子组成的胶束中脱离。如果系统不处于平衡状态，甚至罕见的失稳现象也会被多次观察到。因此，我们确信我们的系统具有DPC-肽和SDS-肽系统的聚集数范围。使用TIP3P电势对水进行建模[53]. 在SDS和DPC模拟中，水相中随机分布0.15M浓度的NaCl离子。
在所有模拟中，肽最初被放置在胶束核心的中心，胶束质量中心与肽的质量中心重叠。鉴于胶束的球形对称性，肽的方向并不重要。目视检查系统，以确保不会发生严重重叠。然后，为了进一步消除肽和核心之间的初始不良接触，并防止平衡期间水的渗透，将系统最小化，肽和散装水最初分别保持在弹簧常数为10和5 kcal/molΩ的弱谐波约束下。使用最速下降法，通过20000个最小化步骤逐步消除约束。然后将整个系统最小化为20000个额外步骤，没有任何限制。此后，由大约16000个原子组成的系统逐渐加热到303.15 K。在500 ps的平衡后，整个组件在1 atm的压力和303.15 K.的温度下接受NPT动力学。CHARMM的恒压-温度模块用于跳跃式积分器的模拟（时间步长为2fs）。使用Hoover温度控制将温度设置为303.15K[54]. 对于扩展系统压力算法，活塞质量阵列的所有组件都设置为500amu[55,56]. 使用粒子网格Ewald（PME）求和法模拟静电相互作用[57]无截断且实际空间高斯宽度为0.25º-1β样条阶数为4，FFT网格约为每埃一点。所有模拟都是使用CHARMM版本c30b2和param22参数集进行的[58]. 布鲁克斯夫妇详细描述了CHARMM程序及其力场和参数[58]和MacKerell等人[59]. 在肽与胶束中心的位置没有变化后，大约10纳秒后停止模拟。
5.缩略语
MD，分子动力学；抗菌肽；哈佛大学高分子力学学院化学系CHARMM；PG-1、蛋白酶-1；十二烷基硫酸钠；DPC、十二烷基磷酸胆碱、FWHM、FTIR光谱带半最大值的全宽
6.作者的贡献
AJW进行了FTIR、H/D交换和荧光实验。AAL进行了分子动力学模拟。YNK构思了这项研究，参与了其设计和协调，并帮助起草了手稿。所有作者阅读并批准了最终手稿。
SDS胶束中PC-72（A）和PC-73（B）的FTIR光谱。
具有胶束核的PC-72（A）和PC-73（B）的径向分布函数。DPC中PC-72和PC-73的RDF之间几乎没有差异。在SDS中，Leu-1在20ns至25ns的时间段内有一个强峰（绿色），这表明该残基负责该肽的活性，尽管它并不经常插入胶束中。
表1
PC-72在模拟的最后5 ns内的平均二面角（括号内有偏差）
| DPC公司 | SDS公司 |
| Φ | Ψ | Φ | Ψ |
| 1 | | -176.3 (25.0) | | 144.9 (18.6) |
| 2 | -97.9 (8.5) | 159.7 (12.2) | -82.3 (8.2) | 130.5 (10.3) |
| 三 | -102.0 (7.1) | 93.7 (7.1) | -125.0 (11.9) | 165.5 (6.2) |
| 4 | -102.3 (4.9) | 148.2 (11.6) | -108.3 (9.6) | 136.5 (8.29) |
| 5 | -137.2 (11.4) | -79.0 (5.9) | -93.1 (6.2) | -79.6 (9.2) |
| 6 | -109.1 (6.9) | -84.0 (5.9) | -103.6 (8.0) | -94.9 (7.9) |
| 7 | -103.8 (6.9) | -66.1 (4.6) | -99.7 (8.0) | -60.3 (4.5) |
| 8 | -84.0 (5.0) | 133.7 (8.3) | -86.6 (5.0) | 109.8 (7.0) |
| 9 | -114.2 (9.3) | 134.7 (8.3) | -92.1 (5.3) | 73.3 (9.0) |
| 10 | -104.9 (7.0) | 121.1 (9.3) | -102.5 (9.1) | 133.8 (8.5) |
| 11 | -105.5 (8.0) | | -105.6 (10.0) | |
表2
PC-73在模拟的最后5 ns内的平均二面角（括号内有偏差）
| DPC公司 | SDS公司 |
| Φ | Ψ | Φ | Ψ |
| 1 | 0 | 167.9 (7.8) | 0 | 155.0 (13.4) |
| 2 | -97.9 (7.0) | 93.7 (5.1) | -115.5 (15.6) | 136.5 (10.8) |
| 三 | -97.5 (4.7) | 135.4 (6.5) | -105.3 (14.7) | 131.4 (8.8) |
| 4 | -109.0 (5.8) | -144.2 (9.7) | -96.2 (8.7) | -74.1 (7.7) |
| 5 | -83.1 (9.1) | -56.1 (5.1) | -102.0 (7.6) | -99.5 (10.3) |
| 6 | -86.8 (6.1) | -57.8 (6.7) | -102.3 (9.6) | -60.0 (4.7) |
| 7 | -105.7 (7.6) | 164.4 (5.0) | -88.1 (5.7) | 121.6 (8.7) |
| 8 | -135.7 (5.4) | 132.2 (5.3) | -94.6 (6.7) | 69.2 (9.6) |
| 9 | -109.3 (6.3) | 120.7 (5.8) | -91.6 (8.2) | 130.7 (8.8) |
| 10 | -100.8 (5.7) | 0 | -116.1 (12.5) | 0 |
致谢
我们感谢罗伯特·莱勒博士的富有洞察力的讨论。这项工作得到了NIH的资助（GM 070989）。感谢明尼苏达超级计算研究所（MSI）的计算支持。这项工作还得到了MCA04T033下属的国家计算科学联盟的部分支持，并利用了匹兹堡超级计算中心的奇迹集群。
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