Nanodisc Builder

Nanodisk Builder帮助用户生成一系列CHARMM输入，这些输入是构建用于分子动力学模拟的纯脂质或蛋白质嵌入纳米盘系统所必需的。

请注意

• 可以在STEP3中选择形成不同尺寸纳米盘的许多不同的膜支架蛋白（MSP）。MSP的详细信息在这里列出。

• 纳米盘中的脂质数量是根据“脂质比”确定的。要使用相同的MSP添加任意数量的脂质，请更改每个脂质面积。确定脂质比和每个脂质面积后，根据纳米盘的面积计算脂质数量，估计为pi*（d/2-5.5）^2，d为纳米盘直径。

• 为平衡和生产提供了NAMD输入（v2.7b3或之后）（参见STEP6）。在所有输入文件生成后，当您下载tar存档（“charmm-gui. tgz”）时，可以在“namd”目录中找到输入文件。

• GROMACS输入（v5.0或更高版本）用于最小化、平衡和生产（参见STEP6）。在所有输入文件生成后，当您下载tar存档（“charmm-gui. tgz”）时，可以在“gromacs”目录中找到输入文件。请参阅gromacs/README。

• 为最小化、平衡和生产提供了AMBER输入（v16或之后）（参见STEP6）。在所有输入文件生成后，当您下载tar存档（“charmm-gui. tgz”）时，可以在“amber”目录中找到输入文件。请参阅amber/README。

• GENESIS输入（v1.1.0或之后）用于最小化、平衡和生产（参见STEP6）。在所有输入文件生成后，当您下载tar存档（“charmm-gui. tgz”）时，可以在“genesis”目录中找到输入文件。

• 为平衡和生产提供了OpenMM输入（v6.2或之后）和运行脚本（参见STEP6）。在所有输入文件生成后，当您下载tar存档（“charmm-gui. tgz”）时，可以在“openmm”目录中找到输入文件。请参阅openmm/README。

• 为平衡和生产提供了CHARMM/OpenMM输入（c39b1或之后）（参见STEP6）。在所有输入文件生成后，当您下载tar存档（“charmm-gui. tgz”）时，可以在“charmm_openmm”目录中找到输入文件。

• 修补匠输入（v8.10或之后）用于最小化、平衡和生产（参见STEP6）。在所有输入文件生成后，当您下载tar存档（“charmm-gui. tgz”）时，可以在“修补匠”目录中找到输入文件。

• 蛋白质必须相对于法线平行于Z轴且中心位于Z=0的纳米盘定向

• RCSB PDB结构不是预定向的，但可以在步骤2中定向（见下文）

• OPM（http://opm.phar.umich.edu）提供相对于纳米盘法线的预定向蛋白质坐标

• 如果您不熟悉第一个PDB阅读步骤，请先观看这些视频演示。

• OPM PDB在ATOM和HETATM之间不包含“TER”，因此CHARMM-GUI经常无法识别配体分子。在这种情况下，用户应手动在适当的位置插入“TER”。

参考文献

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CHARMM-GUI: A Web-based Graphical User Interface for CHARMM. J. Comput. Chem. 29:1859-1865

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CHARMM-GUI Input Generator for NAMD, GROMACS, AMBER, OpenMM, and CHARMM/OpenMM Simulations using the CHARMM36 Additive Force Field. J. Chem. Theory Comput. 12:405-413

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CHARMM-GUI supports the Amber force fields. J. Chem. Phys. 153:035103

第1步

第2步

第3步

第4步

第4步

第5步

多跨膜蛋白由于存在跨膜区的疏水结构域，在体外容易聚合，使得其在体外难以保持其正确的天然空间构象，从而影响蛋白的正常功能。

因此如何让膜蛋白在体外仍保持其天然构象，是膜蛋白表达纯化过程中面临的重要问题。另外如何提高蛋白纯度，也是需要解决的问题之一。

Nanodisc为这些问题提供了一个可行的解决方案。

Nanodisc介绍

Nanodisc中文名称为纳米磷脂盘或纳米圆盘，该平台利用具有疏水和亲水双重特性的物质作为稳定剂，

稳定剂朝向内部脂层的疏水面可将膜蛋白整合到Nanodisc中，维持膜蛋白的天然空间构象和活性。同时，朝外的亲水面使得Nanodisc在水溶液中具有很高的溶解度和稳定性。

Nanodisc的优势

Nanodisc平台高效而温和地辅助膜蛋白的提取和保持其构象，为提取出来的膜蛋白提供一个稳定环境使它们继续工作，

同时该平台能够获得的蛋白纯度更高，应用更广。使得进一步研究跨膜蛋白与拮抗剂，激动剂，G蛋白等其他配体的相互作用不再受限。

Nanodiscs是由膜支架蛋白 ( membrane scaffold proteins, MSPs ) 和磷脂分子构成的磷脂双分子层类膜结构。

通过这种特殊的结构，膜蛋白可以整合到 Nanodiscs 中，保持其生物学活性，为膜蛋白研究提供了有力的技术支持，打通了膜蛋白研究中最大的瓶颈之一。

膜支架蛋白 ( MSPs ) 是载脂蛋白 ( apo ) A-I 的缩减版，它们包绕着脂质双分子层从而形成圆盘状的结构，即纳米盘3。

其包含一个朝向内部脂层的疏水面和朝外的亲水面。这一结构使得 Nanodiscs 在水溶液中具有很高的溶解度，同时在没有去污剂的情况下也可以使膜蛋白溶解。

最常用的磷脂为二肉豆蔻酰磷脂酰胆碱 ( DMPC ) 或棕榈酰油酰磷脂酰胆碱 ( POPC )，它们可以与 ( apo ) A-I 组装成纳米盘，并与溶解膜蛋白的去污剂胆酸钠一起结合使用。

膜蛋白组装到Nanodiscs的原理图。绿色：膜支架蛋白（MSPs）；灰色：磷脂；橙色：膜蛋白。

1E1D1就是MSPs的一种