文档介绍：分类号学号 D200777065
学校代码 10487 密级

博士学位论文
蛋白质与生物大分子相互作用机制的
研究

学位申请人: 郭大川
学科专业: 理论物理
指导教师: 肖奕教授
答辩日期: 2012 年 7 月
A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for
the Degree of Doctor of Philosophy in Science

Research on Interaction mechanism of
biological macromolecules

Candidate : Dachuan Guo
Major : Theoretical Physics
Supervisor : Prof. Xiao Yi

Huazhong University of Science & Technology
Wuhan 430074,P. R. China
July, 2012
独创性声明

本人声明所呈交的学位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,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或
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日期: 年月日

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不保密□。
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日期: 年月日日期: 年月日
华中科技大学博士学位论文
摘要
蛋白质和生物大分子之间的相互作用在生命过程中扮演着的至关重要的角色,例
如信号传导,信使 RNA 加工以及基因调控。为了充分理解这些生命过程,我们需要
清楚的认识生物大分子结合的机制。分子识别机制是生命科学的重要课题,对生物
分子相互作用预测,疾病治疗以及调控生命进程有着重要的指导意义。
形成复合体之前的识别过程是生物大分子相互作用的第一步。之前的研究表明:
静电相互作用在分子远距离方向调整中有着极其重要的作用并且具有增加蛋白质与
生物大分子结合速率的能力。我们知道 RNA 分子上磷酸基团带有大量的负电,因此
我们有理由相信静电相互作用在蛋白质-RNA 识别过程中的作用比蛋白质-蛋白质识
别过程起到更为重要的作用,也就是说,这种相互作用使得蛋白质和 RNA 可以在游
离态时更容易找到对方。本文中,我们研究了蛋白质和 RNA 分子在相距 5Å 到 7Å
时静电相互作用对两分子取向的影响。我们开发了一种基于快速傅利叶变换的采样
算法—LEDock,来计算相距一定距离的蛋白质和 RNA 静电相互作用情况。我们的
计算结果表明,在 5Å 到 7Å 范围时,大部分蛋白质和 RNA 分子的取向与随机分布
存在着很大差别,更接近天然态复合体的取向。同时我们在 78 组复合体中的 62 组
蛋白质上的 RNA 结合位点附近发现了静电势阱。我们还在 23 组游离态的蛋白质上
进行 RNA 结合位点预测,发现 LEDock 比已知的 RNA 位点预测方法 BindN 要更加
优秀。
蛋白质-蛋白质已经研究了几十年,基于对蛋白质界面的分析,研究人员开发了
一系列预测蛋白质相互作用位点的方法。这些方法大多数是基于界面的物理化学性
质,例如,氢键,亲疏水性,界面倾向性,几何特性和残基的进化保守性。我们对
LEDock 进行拓展,开发了一种基于长程静电相互作用的蛋白质相互作用位点预测算
法,我们的方法中没有依靠可调参数也没有依赖训练集,因此相对传统方法更有物
理意义。我们在蛋白质相互作用数据库()中做了测试,结果比较令人
满意。
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华中科技大学博士学位论文
白血病是一种非常难以治愈的疾病。目前使用的化疗药物大多数是针对处于增
殖期的白血病细胞,却无法清除静