结构对称蛋白质性质研究

论文摘要

蛋白质序列和结构的关系即第二遗传密码问题,长期以来是蛋白质科学研究的热点和难点问题。近年来,许多研究者通过研究一些特殊蛋白质,揭示出了一些特殊的序列同结构的关联性质,加快了蛋白质序列和结构关系研究的步伐。本论文主要针对结构对称蛋白质的序列特性,序列同结构的关联特性以及对称结构的形成机制展开了系统研究,此项研究工作有助于深入了解蛋白质序列和结构的关系。本论文从四个方面展开了研究工作:1)选取了α、β和αβ类中的一些对称蛋白质结构域,提出了非线性重现图方法研究它们的序列,结果发现它们隐含着序列对称性,且与结构对称性一致;从PROPEAT数据库选取了一些对称蛋白质折叠子,提出了相似矩阵和关联矩阵方法研究它们的序列,结果发现它们隐含着序列对称性,且与结构对称性一致。这两项工作都表明蛋白质的对称结构与隐含序列对称性有强关联。2)Plant Cytotoxin B家族蛋白质有两个对称的Beta-trefoil结构域。我们用改进重现图方法研究它们的序列对称性,发现对称蛋白质结构域有不同的序列对称度。通过计算残基接触密度,发现它们不同的序列进化速率可能导致了不同的序列对称度。此外,Trefoil单元的多序列比对,发现了四个三重复模块,它们有较大的残基相互作用数目和较小的B-Factors,我们推测它们是关键结构氨基酸。而且,这些模块在Beta-trefoil结构中对称分布,模块和模块中残基相互作用呈现出三对称性,且与Trefoil单元的三对称性吻合。我们由此推测,这些对称的关键结构氨基酸在对称结构的形成中起着主导作用。3)选取了Four-blade beta-propeller蛋白质,应用关联矩阵方法研究它们的结构对称性、序列对称性和内部残基相互作用对称性,以及这些对称性之间的关联性。结果显示,序列对称性和内部残基相互作用对称性都与结构对称性有强关联性。考虑到序列对称性较弱,内部残基相互作用对称性较强以及前者与对称结构的关联指数小于后者与对称结构的关联指数,内部残基相互作用对称性与结构对称性的关联应该强于序列对称性与结构对称性的关联。为此,我们认为内部残基相互作用对称性包含对称和非对称残基两部分的贡献,因为两者都有可能享有对称的相互作用,这也说明了非对称残基以对称的相互作用参与到对称结构的编码之中。4)选取了Beta-trefoil蛋白质,应用重现图方法研究了它们的序列对称性。结果显示,相同的结构对称度对应于不同的序列对称度。我们提出两种假设:一种是虽然序列对称度不同,但是内部残基相互作用对称度相同;另一种是蛋白质外部相互作用参与了对称结构编码,降低了序列对称度。针对后者,我们做了深入研究,发现序列对称度与外部相互作用存在负关联。而且,残基相互作用类型分布显示外部相互作用主要以极化和半带电接触方式参与到结构编码中,但是具体编码方式目前仍不清楚,它们可能影响了蛋白质的折叠过程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 蛋白质
• 1.2 蛋白质序列和结构
• 1.3 本论文的主要研究工作
• 2 对称结构域的序列对称性
• 2.1 前言
• 2.2 非线性重现图方法
• 2.3 序列对称性分析
• 2.4 小结
• 3 对称折叠子的序列对称性
• 3.1 前言
• 3.2 相似矩阵方法
• 3.3 关联矩阵方法
• 3.4 序列对称性分析
• 3.5 小结
• 4 关键结构氨基酸与对称结构的关联
• 4.1 前言
• 4.2 研究方法
• 4.3 Plant Cytotoxin B 家族关键结构氨基酸分析
• 4.4 小结
• 5 蛋白质内部相互作用与对称结构的关联
• 5.1 前言
• 5.2 三层次关联矩阵
• 5.3 Four-blade Beta-propeller 蛋白质内部相互作用分析
• 5.4 小结
• 6 蛋白质外部相互作用与对称结构的关联
• 6.1 前言
• 6.2 研究方法
• 6.3 Beta-trefoil 蛋白质外部相互作用分析
• 6.4 小结
• 7 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读博士学位期间发表及待发表论文情况
• 附录2 133 个对称折叠子序列对称性结果统计
• 附录3 28 个Beta-trefoil 蛋白质基于结构多序列比对