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基于天然接触数空间中的随机行走模型研究两态蛋白质的折叠动力学

作　者: 郭继生
导　师: 宓东
学　校: 大连海事大学
专　业: 生物物理学
关键词: 两态蛋白质折叠速率动力学线性相关性
分类号: Q51
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 49次
引　用: 1次
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内容摘要

蛋白质折叠是分子生物学尚未解决的一个重大问题,被列为“21世纪生物物理学”中最重要的研究课题之一。在人类基因组计划完成之后,海量的基因核苷酸序列和蛋白质氨基酸序列数据与少量的蛋白质三维结构数据之间已形成了巨大的鸿沟,而且这道鸿沟还在随着时间逐渐加宽。有限的、缓慢增加的蛋白质结构数据已成为后基因组时代中制约蛋白质组研究进一步发展的瓶颈。蛋白质折叠中的一个重要问题是研究蛋白质的折叠机制,即研究蛋白质是如何由一个变性的多肽链状态到达其天然的三级结构的。折叠机制的研究也将为从蛋白质的一级序列预测其三级结构提供重要的帮助。近年来,不同的学者从不同的角度提出不同的模型去解释蛋白质的折叠机制,如结构框架模型,疏水塌缩模型,成核凝聚模型,折叠漏斗模型等等。尽管这些基于模拟和实验的微观模型都可定性说明蛋白质的快速折叠等现象,但却不能解释实验上已观察到的两态小蛋白质的折叠速率为什么会有六个数量级的差别,也不能说明为什么蛋白质折叠速率与其天然接触数之间存在近线性关系等定量关系。考虑到与热运动有关的“随机力”和与静电、范德瓦尔斯作用有关的“有序力”在蛋白质折叠过程的不同阶段所起的作用不同,本文建立了两态蛋白质通过在其接触数空间中随机行走去寻找其天然结构的折叠模型。此模型可以解释小蛋白质折叠的许多基本现象,如,两态过程、有许多可能的状态但只有一个天然态,蛋白质以比随机搜索其所有可能的构象快得多的速度折叠等。特别是,利用此模型,可从动力学的角度解释两态蛋白质的折叠速率与其天然拓扑参数—接触数之间的定量关系。在论文的最后部分,我们还分析了其它因素,如蛋白质的大小、半胱氨酸的个数、疏水氨基酸的比例等对蛋白质折叠速率的影响。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-13
  1.1 蛋白质折叠问题  10
  1.2 研究蛋白质折叠的意义  10-12
    1.2.1 研究蛋白质折叠的理论意义  10-11
    1.2.2 研究蛋白质折叠的现实意义  11-12
  1.3 实验上研究蛋白质折叠的方法  12-13
第2章体外小蛋白质的折叠现象和目前流行的蛋白质折叠模型  13-18
  2.1 体外小蛋白质  13
  2.2 体外小蛋白质的折叠现象  13-16
    2.2.1 序列唯一决定结构  14
    2.2.2 两态折叠现象  14-15
    2.2.3 快速折叠现象  15
    2.2.4 折叠速率与蛋白质的拓扑参数间的定量关系  15-16
  2.3 当前流行的蛋白质折叠模型  16-17
  2.4 流行的折叠模型存在的问题  17-18
第3章基于接触数空间随机行走的蛋白质折叠模型  18-21
  3.1 随机行走模型的内容  18-19
  3.2 基于随机行走模型的两态蛋白质折叠理论公式推导  19-21
第4章计算蛋白质的天然接触数并分析它与折叠速率之间的关系  21-39
  4.1 选取要分析的蛋白质及有关实验观测数据  21-23
  4.2 编写程序计算两态小蛋白质的天然接触数  23
  4.3 确定折叠速率的自然对数与天然接触数的最大相关性  23-26
  4.4 不同拓扑参数与折叠速率的自然对数的线性相关性的比较  26-27
  4.5 理论模型中参数的确定  27-28
  4.6 影响蛋白质折叠速率的其它可能因素的分析  28-39
    4.6.1 蛋白质中氨基酸的个数对折叠速率的影响  28-30
    4.6.2 接触的定义对线性相关性的影响  30-35
    4.6.3 含硫氨基酸、疏水氨基酸、极性氨基酸等对折叠速率的影响  35-39
第5章总结分析  39-40
参考文献  40-45
附录  45-52
  附表1 蛋白PDB编号和名称  45-46
  附表2 蛋白的cbn,ch3,nopole,pole,pole2,s1bn等数据统计表  46-48
  附表3 蛋白的glu,met,ala,ahelixh,bsheeth,bsheetl等数据统计表  48-50
  附表4 蛋白的gev,gv等数据统计表  50-52
致谢  52

基于天然接触数空间中的随机行走模型研究两态蛋白质的折叠动力学

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