《TRENDS IN FOOD SCIENCE & TECHNOLOGY》：Advances in molecular dynamics simulation of meat protein and small molecule interactions: insights into mechanisms and applications
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分子动力学（MD）模拟通过原子级动态可视化解析肉类蛋白质与小分子相互作用机制，揭示结合模式、构象变化及结合亲和力，弥补传统方法在瞬时分子事件观测的局限，为食品品质调控提供理论支撑。
胡霞|张子怡|刘浩天|孔宝华|张超|秦立刚|郭增旺|陈倩
中国黑龙江省哈尔滨市东北农业大学，邮编150030
摘要
背景
分子动力学（MD）模拟是一种强大的计算工具，在食品科学中已成为一种基本技术。它通过弥合宏观实验数据与微观机制之间的关键差距，成为研究肉蛋白与小分子之间相互作用的有效方法。
范围与方法
本文综述了利用MD模拟阐明肉蛋白与小分子之间相互作用机制的最新研究进展。首先介绍了MD模拟的基本原理、关键技术参数和一般模拟程序。接着，全面回顾了将MD模拟应用于研究肉蛋白与各种类型小分子之间相互作用的具体案例。最后，讨论了该研究领域当前的挑战和未来发展趋势。
主要发现与结论
MD模拟系统地揭示了肉蛋白与小分子在分子水平上的相互作用机制。它们为分子识别模式、动态结合过程、蛋白质构象变化及结合亲和力提供了关键见解。这些模拟结果有效克服了传统实验方法在捕捉瞬时分子事件和蛋白质构象重排方面的局限性，从而为研究肉类食品系统中的分子相互作用机制提供了必要的理论支持。
引言
在加工和储存过程中，肉蛋白会与各种小分子发生相互作用。这些相互作用直接影响肉制品的质地、风味、营养价值和安全性（Sagis等人，2022年）。肌原纤维蛋白（MPs）是动物源性食品中肌肉组织的关键成分，具有优异的凝胶化、乳化和成膜性能。然而，MPs对pH值、离子强度、温度、氧化和添加剂等因素非常敏感，在加工、运输、储存和分销过程中这些因素可能导致质量下降（Pujol等人，2023年）。MPs主要包括原肌球蛋白、肌球蛋白、胶原蛋白和肌动蛋白等蛋白质。其中，肌球蛋白占50%至55%，肌动蛋白占20%至25%，其余部分由原肌球蛋白、胶原蛋白以及少量功能未知的调节结构蛋白组成（Jin等人，2024年）。研究表明，蛋白质与小分子之间的相互作用可以改变蛋白质的构象，从而影响其功能特性（Han等人，2024年；Liu等人，2023年）。
传统上，研究人员主要依赖光谱学、热力学分析和分离鉴定等实验技术来研究蛋白质与小分子之间的相互作用（Wang等人，2024年）。尽管这些方法可以提供结合常数和热力学参数等宏观信息，但它们在探索蛋白质-小分子复合物在分子水平上的动态构象变化方面存在局限性，使得这些相互作用的微观机制很大程度上仍然处于推测阶段。分子动力学（MD）模拟是一种强大的计算物理技术，能够在分子或原子层面模拟生物大分子系统的时间和空间轨迹，从而直观地观察小分子配体如何接近、诱导特定蛋白质位点的构象变化并稳定结合（Hu等人，2023年）。MD模拟不仅动态地展示了结合过程，还定量分析了驱动结合的关键非键合相互作用，如氢键、疏水相互作用和静电相互作用（Li等人，2023年）。此外，它还可以识别对结合自由能贡献最大的关键氨基酸残基，从而阐明相互作用的分子机制（Sinha等人，2022年）。这种互补和确认的能力，加上实验技术，使得MD模拟成为现代食品科学中深入分析复杂食品成分之间相互作用不可或缺的工具（Sun等人，2023年）。
本文旨在系统地回顾MD模拟在研究肉蛋白与小分子相互作用方面的当前应用。首先总结了MD模拟的基本原理、关键技术参数和一般模拟程序。接着，对肉蛋白与各种类型小分子之间相互作用的经典案例进行了全面回顾和分析。最后，讨论了该领域面临的挑战和潜在的未来发展方向。本综述为相关研究提供了全面的理论参考和方法指导。
分子动力学模拟原理
分子动力学模拟是一门新兴的科学学科，通过将计算技术应用于研究而发展起来，代表了计算机科学和基础科学的结合（Sinha等人，2022年）。该方法基于牛顿力学来模拟分子系统的运动。从系统中提取包含多种分子状态的样本，以计算构型积分。这些积分随后用于确定热力学参数
在肉蛋白与小分子相互作用中的应用
肉蛋白，尤其是肌原纤维蛋白（MPs），是肉制品中的主要蛋白质成分。其结构特性及其与小分子的相互作用直接影响肉的质地、保水性、风味和其他质量属性。MD模拟提供了这些相互作用的动态、原子级别的见解，揭示了潜在机制，并为提高肉的质量提供了理论基础（图S1）。
MPs是由多种成分组成的复杂系统，包括肌球蛋白等
当前的技术局限性
尽管MD模拟在研究肉蛋白与小分子之间的相互作用方面取得了显著进展，但仍面临一些挑战。
结论
分子动力学模拟是一种强大的计算技术，已被广泛用于研究肉蛋白与小分子之间的相互作用。MD模拟能够阐明原子层面的相互作用机制，包括结合模式、动态过程、构象变化以及与多酚、风味化合物和添加剂等小分子的结合亲和力。与传统实验方法相比，MD模拟提供了更直观的
未引用的参考文献
Baruah和Borgohain，2023年；Decherchi和Cavalli，2020年；Jin和Wei，2024年；Mooers和Brown，2021年；Pence和Williams，2010年；Sagis和Yang，2022年；Snyder和Kucukkal，2021年；Wang等人，2022年；Wang等人，2022年；Wu等人，2023年；Zhang等人，2025年。CRediT作者贡献声明
胡霞：撰写原始草稿、可视化、实验研究。张子怡：软件开发。刘浩天：实验研究。孔宝华：形式分析、概念化与验证。张超：方法设计。秦立刚：数据整理与资源管理。陈倩：概念化、撰写、审稿与资金筹集。
数据可用性
本研究中的数据可在参考文献中找到。
资助
本工作得到了黑龙江省科技人才支持计划（CYQN24019）和黑龙江省自然科学基金（ZL2024C023）的支持。
