聚电解质及生物大分子的相转变和分子间相互作用的研究

论文摘要

基因表达调控是当今分子生物学研究的中心内容之一。在整个基因表达调控过程中,充满着蛋白质-核酸及蛋白质-蛋白质相互作用的问题,涉及生命现象的最本质内容。因此,生物大分子的研究,特别是蛋白质-核酸相互作用体系的研究,正从根本上全面地推动着生命科学的发展。而在计算机上模拟研究蛋白质-核酸作用的时候,势能函数的精准是一个很重要的基础。我们在DFIRE的基础上减短了统计距离,使用了更全面的原子类型,并使用了以贝叶斯统计原理为基础的背景统计小数修正和为了区分蛋白质核酸原子类型的体积分数修正,从而得到了一种更先进的蛋白质核酸作用的基于知识的统计势函数。在从核酸的Threading,蛋白质核酸对接,自然态碱基的还原能力,碱基结合能力矩阵与实验对比等各方面验证了它对别的方法的优势。本文的第三章,对使用小世界网络理论来建立用于研究蛋白质三维结构的模型进行了一些探索,研究结果表明不同的蛋白质自然态经过粗粒化得到的三维结构网络的属性有一定的规律性,将来可以被用来建立研究蛋白质的新方法。本文的第四章使用多正则系综的Monte Carlo方法模拟了6个珠子的聚两性电解质链低温下的热力学性质。结果表明单体上的电荷的数量和序列对聚两性电解质链的转变行为具有深远的影响。对于随机分布的带电单体,由于单体移动的被限制而且链可以更直接达到固态,带有相反电荷的单体在塌缩中总会粘在一起。有趣的是,对于电荷序列是安排好的单体,链也许可以有一个类蛋白的非退化态,也就是说,这种链是可设计的。这种聚两性电解质链的转变看起来是两态的,全部或者全否的类型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 总论
• 1.1 引言
• 1.2 Monte Carlo方法在高分子科学领域的应用
• 1.2.1 Monte Carlo方法的产生和发展
• 1.2.2 Monte Carlo方法在高分子科学领域的应用
• 1.2.3 Monte Carlo方法的基本思想及统计理论基础
• 1.2.4 简单抽样法和重要性抽样法（Metropolis抽样法）
• 1.2.5 两种高分子链模型—格子链与非格子链模型
• 1.2.6 高分子的相转变
• 1.3 计算机模拟在分子生物学的应用
• 1.3.1 蛋白质和核酸的结构
• 1.3.2 蛋白质三维结构的复杂网络及其小世界属性
• 1.3.3 蛋白质链折叠
• 1.3.4 基于知识的势能函数
• 1.3.4.1 基于知识的统计势能函数的背景
• 1.3.4.2 本文所用的统计势思想基础
• 1.4 几个前沿问题及选题依据
• 1.4.1 聚两性电解质低温下的热力学性质
• 1.4.2 蛋白质粗粒化三维网络模型的建立初探
• 1.4.3 新的统计势能FIRE的建立和测试
• 参考文献
• 第二章 一种基于知识的全原子统计势能函数的建立
• 2.1 引言
• 2.2 蛋白质和核酸的相互作用
• 2.3 用来统计的蛋白质核酸相互作用势能数据库的选择
• 2.3.1 序列比对的研究现状序列
• 2.3.2 我们用来统计的蛋白质核酸相互作用势能的数据库
• 2.3.2.1 Protein Database Bank（PDB）
• 2.3.2.2 PISCES
• 2.3.2.3 区分训练库和测试库
• 2.4 势能函数的建立
• 2.4.1 参考态的选择
• 2.4.2 原子类型
• 2.4.3 距离的统计区间
• 2.5 对势能函数的修正
• 2.5.1 Sippl的小数修正
• 2.5.2 基于贝叶斯统计的修正
• 2.5.3 体积分数修正
• 2.5.4 用于比较的最终势能函数
• 2.6 测试
• 2.6.1 核酸Threading测试
• 2.6.2 区分对接假态测试（Docking Decoy Discrimination）
• 2.6.3 自然态碱基的还原能力测试
• 2.6.4 蛋白质核酸结合能测试
• 2.6.5 碱基变异的结合能变化测试
• 2.6.6 碱基结合能力矩阵与实验对比
• 2.7 结论
• 参考文献
• 第三章 蛋白质粗粒化三维网络模型的建立初探
• 3.1 本研究的系统生物学背景
• 3.2 小世界模型介绍
• 3.3 模型及算法
• 3.4 结果及讨论
• 参考文献
• 第四章 聚两性电解质低温下的热力学性质
• 4.1 引言
• 4.2 模型和算法
• 4.3 结果及讨论
• 4.4 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
• 致谢