生物大分子構(gòu)象的理論與模擬.pdf

1、生物大分子是通過(guò)復(fù)雜結(jié)構(gòu)來(lái)體現(xiàn)其特殊生物功能的高分子鏈，是生命活動(dòng)的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。生物大分子包括蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂類(lèi)等。這些生物分子只有在特定的三維結(jié)構(gòu)中才能發(fā)揮其生物活性。本文的工作主要是針對(duì)蛋白質(zhì)、脫氧核糖核酸以及多糖類(lèi)凝膠的構(gòu)象進(jìn)行理論分析和模擬計(jì)算。研究這些生物分子的自然結(jié)構(gòu)以及形成這些結(jié)構(gòu)的機(jī)理具有十分重要的意義，它是了解生物體的基礎(chǔ)。
　　 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(duì)蛋白質(zhì)

2、三維結(jié)構(gòu)中的緊密接觸對(duì)性質(zhì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)規(guī)律的研究。在蛋白質(zhì)粗?；Ｐ椭校y(tǒng)計(jì)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(zhǎng)程緊密接觸對(duì)，親水性氨基酸(Glu,Gln,Asp,Asn,Lys,Ser,Arg和Pro)則不容易形成長(zhǎng)程緊密接觸對(duì)。氨基酸之間形成的長(zhǎng)程緊密接觸對(duì)起到穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的作用，而氨基酸形成短程緊密接觸對(duì)的能力主要依賴于蛋白質(zhì)的一維序列。對(duì)球狀蛋白質(zhì)來(lái)說(shuō)，全α類(lèi)型最不

3、容易形成連續(xù)的長(zhǎng)程緊密接觸對(duì)，全β類(lèi)型最容易形成連續(xù)的長(zhǎng)程緊密接觸對(duì)，這和它們的二級(jí)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)?？紤]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(shí)了氨基酸形成長(zhǎng)程緊密對(duì)的能力可以嚴(yán)格按照氨基酸的疏水性量度來(lái)區(qū)分，因此，原子歷經(jīng)模型對(duì)蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的描述更為精細(xì)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(gòu)。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(guān)系最佳，為InKf=-13.2×TCD+19.73。此外，我們提出用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)蛋白質(zhì)的折疊速率進(jìn)行預(yù)測(cè)。在該模型中，三種接觸序參數(shù)作為訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入節(jié)點(diǎn)對(duì)蛋白質(zhì)的折疊速率進(jìn)行預(yù)測(cè)比TCD更具有優(yōu)勢(shì)。這說(shuō)明在蛋白質(zhì)的折疊過(guò)程中，不同作用程的接觸序參數(shù)需同時(shí)考慮。這些研究，使我們進(jìn)一步了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和形成機(jī)理，為蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)作準(zhǔn)備。
　　 在本文第三章中，首先我們運(yùn)用彈性竿模型

5、研究DNA分子的結(jié)構(gòu)和能量之間的關(guān)系。通過(guò)Monte Carlo方法對(duì)DNA分子的構(gòu)象進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，DNA分子的彎曲勢(shì)能量EB比扭轉(zhuǎn)勢(shì)能量ET大一至兩個(gè)數(shù)量級(jí)，均方回轉(zhuǎn)半徑與鏈長(zhǎng)成二次函數(shù)。其次，考慮到核苷酸之間的近程相關(guān)性，我們提出新的DNA二維行走模型，在這個(gè)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(zhǎng)程相關(guān)性和自相關(guān)性。同時(shí)，通過(guò)對(duì)能譜分析發(fā)現(xiàn)，編碼DNA在3.33×10-1 bp-1處有一個(gè)明顯的峰

6、值，而非編碼DNA沒(méi)有這個(gè)峰值，這為區(qū)分DNA提供一條新途徑。最后，通過(guò)對(duì)DNA這類(lèi)剛性高分子鏈動(dòng)力學(xué)行為的研究，得到弛豫時(shí)間和持久長(zhǎng)度之間的關(guān)系，在柔性鏈極限下，弛豫時(shí)間滿足Rouse模型τn∝L2n－2;在剛性鏈極限下，弛豫時(shí)間τn∝[L/(2n-1)]4。這些研究結(jié)果涉及DNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)（序列）、三維結(jié)構(gòu)（空間構(gòu)象）和動(dòng)力學(xué)行為，系統(tǒng)的研究為進(jìn)一步了解DNA的結(jié)構(gòu)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(shí)

7、驗(yàn)方法對(duì)不同離子源的結(jié)冷膠在玻璃基底表面的摩擦行為進(jìn)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(yùn)動(dòng)速度較小的情況下，這使它具有動(dòng)物關(guān)節(jié)替代品的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。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(shí)間范圍內(nèi)，摩擦系數(shù)會(huì)隨著浸潤(rùn)時(shí)間的增加而增加，這是由于形成結(jié)冷凝膠