蛋白質系統(tǒng)突變分析及系綜優(yōu)化算法的計算機實現.pdf

1、隨著后基因組時代的到來，蛋白質組學以及功能蛋白質相關研究的興起，蛋白質作為重要的生物大分子，其結構與功能之間關系的研究越來越引起人們的重視。蛋白質結構與功能之間關系的闡明，將有助于理解蛋白質行使其特有生物功能的結構基礎，以及蛋白質與其他分子相互作用的機理，其中包括對蛋白質與蛋白質相互作用機理的認識和理解。 對蛋白質進行基于結構信息的研究，包括一級結構和三級結構，將有助于預測分析蛋白質結構與功能的關系，以及蛋白質一級結構的改變對蛋

2、白質高級結構及其功能的影響。對蛋白質結構與功能的認識過程始于蛋白質中重要功能殘基及蛋白質與其他分子相互作用的確定。在蛋白質功能研究過程中，專一性突變產物的設計起到了至關重要的作用，通過定位突變替換單獨的氨基酸殘基是分析功能殘基的有力工具。 本文實現了基于自治系綜優(yōu)化理論的蛋白質系統(tǒng)突變的計算機模擬。自治系綜最優(yōu)化方法基于平均場能理論，在蛋白質熱系綜空間中進行概率矩陣的優(yōu)化。概率矩陣代表了蛋白質的熱系綜狀態(tài)，表示特定位置采取可能的

3、氨基酸類型及其構象的可能性大小。根據統(tǒng)計力學理論，對于一個正確的熱系綜存在以下的自治條件，即平均場能矩陣和概率矩陣之間滿足玻爾茲曼分布，這就為尋找正確的熱系綜空間提供了一種穩(wěn)健的迭代過程。 通過計算機模擬蛋白質定點系統(tǒng)突變，然后對野生型蛋白及每一個突變體蛋白進行自由能計算，并利用自治系綜優(yōu)化算法進行自治迭代。在第四章中詳細介紹了整個計算，這中間包括了系統(tǒng)突變的計算機實現、自治系綜優(yōu)化理論、自由能評價、溶劑可及表面積、降溫機制、歸