摘要：为了揭示CO和O2竞争性结合人血红蛋白血红素位点的机制及其与人血红蛋白结构转换之间的关系,本文采用全原子分子动力学模拟(MD)结合马尔科夫状态模型(MSMs)研究氧气(O2)和一氧化碳(CO)分子从水溶液迁移进入人血红蛋白四聚体α链和β链的全过程。分子动力学模拟揭示了O2和CO结合α链和β链的稳态结合位点和瞬态结合位点、迁移通道以及α链的结构变化。结果显示,分子模拟不仅仅能够再现全部实验中所观察到的离散Xe结合位点和分子扩散通道,而且揭示了实验中无法观测的瞬态结合位点和多重气体迁移途径。上述结果表明人血红蛋白因其结构柔性所形成的瞬态通道对于气体分子迁移过程的重要性。除此之外,利用MSM和过渡路径理论(TPT)构建了人血红蛋白α链结构变化与气体分子迁移之间的关系,阐释了血红蛋白中影响气体迁移的关键结构及其微观机制。

关键词：人血红蛋白 血红素 氧气 一氧化碳 分子模拟 

单位：化学工程联合国家重点实验室; 清华大学化学工程系; 北京100084