文档介绍：北京工业大学
博士学位论文
基于相对熵和复杂网络方法的蛋白质折叠与设计理论研究
姓名:齐立省
申请学位级别:博士
专业:生物医学工程
指导教师:王存新
20090401
摘要法则中联系生物遗传信息与功能的关键环节,这一问题的解决,将会极大的推动人们对生物大分子结构与功能的认识。蛋白质折叠问题包含两个方面的内容:正折叠问题莆5鞍字收鄣和逆折叠问题吹鞍字噬杓。蛋白质折叠问题象。与蛋白质折叠问题相反,蛋白质设计问题主要研究在特定的温度下,给定一理学原理,用“相对熵’’代替体系的哈密顿作为优化函数,是对能量优化的改进,究中,并取得了较好的结果。对蛋白质折叠杓问题,该方法的实质是在按接而构成的复杂系统。通过对蛋白质氨基酸网络拓扑特征量的分析,可以提取有加权网络模型的分析。晗缚疾炝嘶谙喽造丶癏模型的蛋白质设计方法对于不同结构类型蛋白质的适用性,分析了该方法对种残基的预测成功率以及不同二级结构蛋白质是由氨基酸组成的链状生物大分子,直接参与生物结构的形成,在控制和调节生物功能的过程中起着重要的作用。蛋白质折叠问题是分子生物学中心研究的是氨基酸一级序列如何决定其三级结构,目的是从序列出发预测蛋白质构个蛋白质的天然结构,设计出能折叠成此结构的氨基酸序列。蛋白质折叠和蛋白质设计的研究是当代分子生物学的热点问题,具有重要的科学意义。本课题组提出了基于相对熵的蛋白质从头折叠方法,该方法是基于物更接近于从自由能的角度考虑体系的优化。这一方法从理论上可以作为研究蛋白质折叠与蛋白质设计的统一框架,已经成功地应用于真实蛋白质折叠与设计的研照植嫉墓瓜序列占渌阉饕惶跏垢ㄐ蛄结构哂凶畲笳有率的结构蛄。复杂网络研究的兴起,。蛋白质分子可以视作以氨基酸为节点,以残基间相互作用为边连关蛋白质折叠的一些普遍信息,进而揭示蛋白质拓扑结构对折叠的决定性作用。本论文的工作主要包括三部分:第一部分,是基于相对熵及疏水、中性、亲水P偷牡鞍字噬杓品椒ㄔ诓煌鞍字侍逑抵械挠τ茫坏诙糠郑基于相对熵的蛋白质折叠方法的改进;第三部分,是基于残基距离涨落的氨基酸摘要
方法对于不同结构类型的蛋白质具有普适性。另外,分析了不同残基预测结果中三种残基类型出现几率的差异性。最后还讨论了该方法对保守性残基和非保守性残基的预测情况。这些研究为基于相对熵的蛋白质设计方法的应用和进一步的发恿礁龇矫娑曰谙喽造氐牡鞍字式峁乖げ夥椒ń辛烁慕R环矫妫在以前的研究工作中,接触势系综平均值的计算采用了一个估计值,为了使该物岢隽艘恢忠圆谢渚嗬胝锹湮Hㄖ氐陌被峒尤ㄍ绲墓菇ǚ绞健2残基间距离涨落越小,它们之间的连接就越紧密,连接边的权重就越大。对机网络进行了对比,比较了权重对网络参量的影响。考察了加权和非加权氨基酸网对折叠核的区分能力进行了比较,证实了加权网较非加权网包含了更多的蛋白关键词:蛋白质折叠;蛋白质设计;相对熵;P停话被峒尤ㄍ中各残基的预测成功率,并与基于模型方法的预测结果做了比较。通过对个四种不同结构类型的蛋白质进行预测,结果表明基于P图跋喽造氐纳杓展打下了良好的基础。理量的计算更加精确,本论文基于热力学微扰理论,提出了一种新的接触势系综平均值的计算方法。另一方面,由矩阵代替了以前工作中采用的矩阵的简化形式,来表示种残基之间的接触势。用改进后的方法对个蛋白质进行了测试,预测结构相对于天然结构的均方根偏差在~之间。与接触势系综平均值采用估计值的方法相比,平均预测精度提高了用高斯网络模型扑愕鞍字试谄胶馓虏谢渚嗬氲恼锹浯笮。衔个非同源蛋白质的非加权与加权氨基酸网络进行了统计分析,并与同等规模的随网络的“小世界”特征及层次模块性。并且利用网络参量介数就加权网与非加权质结构信息。北京等搜学博学位论文
....,—誥簍.:甌瓵,‘’..
甌“痯,—.北京等搜学博卜学位论文琋:琍:.—猙,·—籺;...瓼,.,.甌..
:籶;籺籺
虢弘嗍坪血日期:#独创性声明关于论文使用授权的说明的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。C艿穆畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑签名:导师签名:
第滦髀蛋白质折叠的研究背景及意义蛋白质是生命系统中重要的大分子,是构成生物体结构、控制