食品蛋白质与小分子相互作用的分子动力学模拟
导 读
2022年11月3日，成都大学“系统食品学”创新团队硕士研究生胡霞、曾珍、张静，指导教师吴笛研究员等在国际顶级期刊Food Chemistry (Q1，IF:9.231) （点击查询最新即时IF和分区）发表题为“Molecular dynamics simulation of the interaction of food proteins with small molecules”的综述性论文（点击查看该刊投稿指南）。这项工作得到了国家自然科学基金和四川省科技厅应用基础研究项目的支持。
分子动力学（MD）模拟对于理解蛋白质的构象变化和动态机制至关重要。通过MD模拟，物质的宏观属性可以在时间和空间上反映微观系统。该技术可以模拟各种实验条件，如pH值、温度、溶剂等的变化。目前，MD模拟已经越来越多地应用于食品蛋白质相互作用的研究，甚至适用于具有多种相互作用的复杂食品系统。将计算机模拟与传统的实验方法相结合，是食品科学发展的必然要求，以加深对食品原料相互作用机制的理解。
该综述全面阐述了用于食品蛋白质和相互作用系统的MD模拟的发展和软件以及力场。其中包括GROMACS、NAMD、LAMMPS、RedMD、AMBER、CHARMM、GROMOS、YASARA、GAUSSIAN等常用模拟软件，并重点描述了GROMACS软件模拟的详细流程。文章审查的重点是MD模拟技术在探索食品蛋白功能机制，和生物活性物质输送，食品加工和储存，以及食品添加剂方面的现状。最后，考虑了MD模拟在食品领域当前的趋势和应用。MD模拟越来越多地被用于探索食品蛋白和其他食品化合物之间的相互作用和构象关系的机制，可以更好地理解食品蛋白和小分子之间在分子水平上的结构变化。基于目前大量的文献，未来通过MD模拟建立的可视化模型可以更深入地了解食品蛋白和小分子相互作用中更精细的分子变化。本综述为MD模拟技术在食品蛋白研究领域的广泛应用提供了一个研究方法进展概述。
综述亮点
总结了适用于食品蛋白质与小分子相互作用分子动力学模拟的各种软件。
分子动力学模拟有助于了解食品蛋白质的微观结构。
模拟的轨迹证实了系统在时间和空间尺度上的变化。
分子动力学模拟可以帮助建立可视化的相互作用模型。
结论与展望
蛋白质研究在食品科学中发挥着重要作用，也是一个越来越受关注的领域。MD模拟技术在食品行业的应用越来越多，特别是食品蛋白质研究领域。但由于目前的MD模拟技术主要应用于已知分子结构体系，而晶体结构无法确定的物质需要进行建模，因此有很多限制。尽管如此，由于MD模拟具有高效、直观、经济、快速等优点，在食品研究中越来越受到重视。
目前，MD模拟技术在食品蛋白研究中的发展正处于快速发展和完善的阶段。例如，将食品蛋白质的微观结构变化可视化，可以更深入地了解被加工食品中发生的肉眼无法观察到的更微小的分子变化。
MD模拟将为食品加工领域的食品蛋白质和各种生物成分的分析打下坚实的基础，并提供有效的理论依据。
随着更多模拟软件和算法的出现，MD模拟将克服其局限性，应用于更深层次的复杂食品系统。
MD模拟在理解食品系统中的蛋白质结构和功能方面取得了巨大的进展，这种趋势可能会使MD模拟发展成为一种更具未来性的技术。
图文赏析
图1 分子动力学模拟主要步骤流程示意图
图2 GROMACS软件模拟流程图
图3 植物源蛋白质和动物源蛋白质的主要来源
图4 一些MD模拟的例子。A）β-LG和β-LG/LYC复合物（1:1）在pH7.0和8.1的RMSF图。B）自由β-LG和β-LG与OLE和SAF相互作用的RMSFs。C）自由OVA和OVA-TF复合系统的MD模拟的RMSDs。D) 二聚体的Ca原子的接触图。E）残基对相互作用能的贡献。F）两个复合体的自由能计算结果。
图5 过去十年在ScienceDirect在线发表的关于 " MD simulation in food proteins "的研究论文数量。
胡 霞
胡 霞，成都大学食品与生物工程学院，食品加工与安全2020级硕士研究生，研究方向为食品蛋白质与生物活性小分子互作。
吴 笛
吴 笛，成都大学特聘研究员，硕士生导师，加拿大多伦多大学访问学者。主要从事食品组分互作、营养递送、及光调控生物大分子结构及功能的策略研究。近年来，主持国家自然科学基金青年基金1项，四川省科技厅应用基础面上项目1项，其它省部及厅局级项目4项，参与国家自科基金及四川省重大科技成果转化分析测试平台建设项目3项。公开发表国内外学术论文50余篇，其中第一通讯作者发表中科院TOP论文27篇，获中国发明专利2项。担任Food Chemistry、Carbohydrate Polymers 、Food Hydrocolloids、Toxicology in Vitro、Food Bioscience等多SCI期刊审稿人。指导学科竞赛获国家级、省部级奖多项，获拔尖创新人才培养荣誉学业导师称号，参编专著1部。
原文链接
https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.134824
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