蛋白質(zhì)分子場的建模及特征分析.pdf

1、蛋白質(zhì)是生命大廈的重要基石，揭示蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系對(duì)于預(yù)測蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用、蛋白質(zhì)識(shí)別和藥物設(shè)計(jì)等有著重要意義。眾多來自生物、化學(xué)、數(shù)學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域的科學(xué)家們從蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和其他角度出發(fā)，借助于生物信息學(xué)、計(jì)算生物學(xué)、信息科學(xué)、計(jì)算化學(xué)等手段，對(duì)這一問題開展了深入的研究。
　　 蛋白質(zhì)功能與蛋白質(zhì)體系的多種作用力和體系能量密切相關(guān)。但現(xiàn)有的蛋白質(zhì)幾何模型缺乏對(duì)分子的運(yùn)動(dòng)、分子勢能場的有力刻畫，難以描述生物分子

2、的活性及動(dòng)態(tài)功能。我們將蛋白質(zhì)分子描述為包含多種作用力的原子系統(tǒng)，構(gòu)建原子尺度上描述分子體系能量的勢能場(即分子場)，并從分子場出發(fā)，分析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系。本文介紹了我們在蛋白質(zhì)分子場建模與觸覺感知、疏水區(qū)塊識(shí)別以及蛋白質(zhì)分子場重構(gòu)方面的研究工作。主要包括：
　　 ·提出了一種蛋白質(zhì)分子場建模方法。我們采用離散的三維標(biāo)量場記錄蛋白質(zhì)與探針之間的相互作用。從蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)出發(fā)，以分子力學(xué)為基礎(chǔ)，采用改進(jìn)的勢能函數(shù)計(jì)算蛋白

3、質(zhì)分子與探針之間的范德華相互作用和靜電相互作用，構(gòu)建了原子尺度上的蛋白質(zhì)分子場。
　　 ·提出了一種通過觸覺感知蛋白質(zhì)分子場的方法。我們將蛋白質(zhì)大分子的分子場與觸覺設(shè)備相結(jié)合，通過觸覺去感知蛋白質(zhì)分子與探針之間的相互作用，同時(shí)，將分子場中的勢能映射到蛋白質(zhì)分子表面，從視覺上給用戶以有關(guān)蛋白質(zhì)分子場的感性認(rèn)識(shí)。
　　 ·提出了一種探測蛋白質(zhì)表面疏水區(qū)塊的方法?；凇坝H碳疏水”理論，我們將蛋白質(zhì)分子表面細(xì)分成多個(gè)區(qū)域，基于分

4、子場計(jì)算碳原子與蛋白質(zhì)分子表面每個(gè)區(qū)域的平均作用力，尋找蛋白質(zhì)分子表面與碳原子作用力最強(qiáng)的區(qū)域及對(duì)應(yīng)的氨基酸殘基，以此探測蛋白質(zhì)的疏水區(qū)塊。
　　 ·提出了一種蛋白質(zhì)分子場重構(gòu)的方法。我們采用7方向Box樣條對(duì)蛋白質(zhì)分子場進(jìn)行重構(gòu)，通過把Box樣條轉(zhuǎn)化為Bezier表示計(jì)算Box樣條。重建函數(shù)為二階分片4次多項(xiàng)式，可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行微分分析和操作。同時(shí)，我們分析了μ對(duì)重構(gòu)精度的影響。
　　 我們選取了幾個(gè)具有典型生物化學(xué)意