生物大分子構象的理論與模擬.pdf

1、生物大分子是通過復雜結(jié)構來體現(xiàn)其特殊生物功能的高分子鏈，是生命活動的主要物質(zhì)基礎。生物大分子包括蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂類等。這些生物分子只有在特定的三維結(jié)構中才能發(fā)揮其生物活性。本文的工作主要是針對蛋白質(zhì)、脫氧核糖核酸以及多糖類凝膠的構象進行理論分析和模擬計算。研究這些生物分子的自然結(jié)構以及形成這些結(jié)構的機理具有十分重要的意義，它是了解生物體的基礎。
　　 在本文第二章中，我們基于蛋白質(zhì)粗?；驮託v經(jīng)這兩種不同的模型，對蛋白質(zhì)

2、三維結(jié)構中的緊密接觸對性質(zhì)進行統(tǒng)計規(guī)律的研究。在蛋白質(zhì)粗?；Ｐ椭?，統(tǒng)計結(jié)果告訴我們：疏水性氨基酸(Leu,Val,Ile,Met,Phe,Tyr,Cys和Trp)容易形成長程緊密接觸對，親水性氨基酸(Glu,Gln,Asp,Asn,Lys,Ser,Arg和Pro)則不容易形成長程緊密接觸對。氨基酸之間形成的長程緊密接觸對起到穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構的作用，而氨基酸形成短程緊密接觸對的能力主要依賴于蛋白質(zhì)的一維序列。對球狀蛋白質(zhì)來說，全α類型最不

3、容易形成連續(xù)的長程緊密接觸對，全β類型最容易形成連續(xù)的長程緊密接觸對，這和它們的二級結(jié)構密切相關。考慮到組成氨基酸不同原子間的相互作用力，我們又提出了原子歷經(jīng)模型。該模型證實了氨基酸形成長程緊密對的能力可以嚴格按照氨基酸的疏水性量度來區(qū)分，因此，原子歷經(jīng)模型對蛋白質(zhì)三維結(jié)構的描述更為精細和有效。在蛋白質(zhì)折疊速率的研究中，同樣涉及到蛋白質(zhì)的三維結(jié)構。研究發(fā)現(xiàn)：折疊速率Kf和蛋白質(zhì)的接觸序參數(shù)CO、TCD和LRO之間都存在著一定的聯(lián)系。蛋白

4、質(zhì)折疊速率和TCD之間的線性關系最佳，為InKf=-13.2×TCD+19.73。此外，我們提出用BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型對蛋白質(zhì)的折疊速率進行預測。在該模型中，三種接觸序參數(shù)作為訓練BP神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入節(jié)點對蛋白質(zhì)的折疊速率進行預測比TCD更具有優(yōu)勢。這說明在蛋白質(zhì)的折疊過程中，不同作用程的接觸序參數(shù)需同時考慮。這些研究，使我們進一步了解蛋白質(zhì)的結(jié)構性質(zhì)和形成機理，為蛋白質(zhì)的結(jié)構預測作準備。
　　 在本文第三章中，首先我們運用彈性竿模型

5、研究DNA分子的結(jié)構和能量之間的關系。通過Monte Carlo方法對DNA分子的構象進行研究發(fā)現(xiàn)，DNA分子的彎曲勢能量EB比扭轉(zhuǎn)勢能量ET大一至兩個數(shù)量級，均方回轉(zhuǎn)半徑與鏈長成二次函數(shù)。其次，考慮到核苷酸之間的近程相關性，我們提出新的DNA二維行走模型，在這個模型下得到許多物理參量如均方末端距＜R2(l)＞、均方位移偏差F(l)的長程相關性和自相關性。同時，通過對能譜分析發(fā)現(xiàn)，編碼DNA在3.33×10-1 bp-1處有一個明顯的峰

6、值，而非編碼DNA沒有這個峰值，這為區(qū)分DNA提供一條新途徑。最后，通過對DNA這類剛性高分子鏈動力學行為的研究，得到弛豫時間和持久長度之間的關系，在柔性鏈極限下，弛豫時間滿足Rouse模型τn∝L2n－2;在剛性鏈極限下，弛豫時間τn∝[L/(2n-1)]4。這些研究結(jié)果涉及DNA的一級結(jié)構（序列）、三維結(jié)構（空間構象）和動力學行為，系統(tǒng)的研究為進一步了解DNA的結(jié)構和生物功能提供了理論依據(jù)。
　　 在本文第四章中，我們采用實

7、驗方法對不同離子源的結(jié)冷膠在玻璃基底表面的摩擦行為進行研究。結(jié)冷膠是多糖凝膠的一種，在工業(yè)上具有廣泛的用途。在我們的工作中發(fā)現(xiàn)，不管是Na+-結(jié)冷膠還是Ca2+-結(jié)冷膠都具有非常低的摩擦系數(shù)，特別是在運動速度較小的情況下，這使它具有動物關節(jié)替代品的獨特優(yōu)勢。由不同離子源形成的結(jié)冷凝膠的摩擦特性并不相同，原因在于其不同的交聯(lián)方式。此外還發(fā)現(xiàn)結(jié)冷膠在水溶液中并不穩(wěn)定，一定的時間范圍內(nèi)，摩擦系數(shù)會隨著浸潤時間的增加而增加，這是由于形成結(jié)冷凝膠