緊密高分子鏈構(gòu)象及其力學(xué)行為的研究.pdf

1、研究賦予生物功能的自然構(gòu)象以及形成這些構(gòu)象的機(jī)理與力學(xué)性質(zhì)是十分重要的,因?yàn)樗橇私馍矬w的基礎(chǔ)。在這個(gè)基礎(chǔ)上,人們才能根據(jù)分子序列中包含的豐富信息對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行正確的預(yù)測(cè),尋找到結(jié)構(gòu)和功能之間的聯(lián)系。本文主要對(duì)蛋白質(zhì)分子、DNA分子和緊密高分子的構(gòu)象與序列進(jìn)行理論分析和模擬計(jì)算,通過(guò)對(duì)這些大分子的折疊構(gòu)象性質(zhì)與力學(xué)性質(zhì)的研究,有助于加深對(duì)生物大分子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。
　　 第二章中,采用粗?；Ｐ?研究了不同蛋白質(zhì)分子中20種氨基酸形

2、成遠(yuǎn)程和近程緊密接觸對(duì)的能力。發(fā)現(xiàn)疏水性氨基酸容易形成遠(yuǎn)程緊密接觸對(duì),反之親水性氨基酸不易形成遠(yuǎn)程緊密接觸對(duì)；而對(duì)近程緊密接觸對(duì)來(lái)說(shuō),它的形成能力不會(huì)根據(jù)氨基酸殘基親疏水性的改變而改變,更大程度上依賴于蛋白質(zhì)的一維序列,即氨基酸的排列順序,而不是蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu),因此在研究蛋白質(zhì)的折疊過(guò)程及其穩(wěn)定性時(shí),遠(yuǎn)程緊密接觸對(duì)有著更加重要的意義。此外,用氨基酸重心替代CΩ碳原子的方法研究了(α/β)8桶狀蛋白質(zhì),同樣也發(fā)現(xiàn)了疏水性氨基酸對(duì)遠(yuǎn)程緊密

3、接觸對(duì)形成的重要貢獻(xiàn)。還采用簡(jiǎn)化的二維HP緊密高分子鏈模型研究其在折疊過(guò)程中的構(gòu)象變化。采用精確計(jì)數(shù)法,計(jì)算緊密高分子鏈在折疊的不同階段其尺寸大小及分布情況。最后研究了428種球狀蛋白質(zhì)形成緊密接觸對(duì)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,并進(jìn)行蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)。發(fā)現(xiàn)不同折疊類型的蛋白質(zhì)有著不同的緊密接觸對(duì)的形成能力,全α型蛋白質(zhì)比較容易形成近程緊密接觸對(duì),而β型的更容易形成遠(yuǎn)程緊密接觸對(duì),α/β和α+β型性質(zhì)比較接近。我們可以據(jù)此了解蛋白質(zhì)的球狀結(jié)構(gòu)情況,判

4、斷不同的折疊類型,也可以證明α螺旋和β折疊在形成蛋白質(zhì)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)中的重要作用。這些研究工作為我們認(rèn)識(shí)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),解決蛋白質(zhì)的折疊過(guò)程提供了一條新的途徑。
　　 隨著核酸序列數(shù)據(jù)爆炸式的增長(zhǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,為我們提供了豐富的資源信息,使我們可以從這些現(xiàn)有的大量DNA數(shù)據(jù)中發(fā)掘出那些隱藏著的對(duì)于基因組進(jìn)化機(jī)制有用的信息。因此在第三章中,采用DNA行走的方法討論了DNA序列中遠(yuǎn)程相關(guān)性和幾何拓?fù)湫再|(zhì),通過(guò)計(jì)算參量均方距離＜R2(l)＞、

5、位移變化的均方根F(l)和自相關(guān)函數(shù)C(l)分別得到＜R2(l)＞～lγ,F(l)～lHγ,和C(l)～l-μ這樣的標(biāo)度關(guān)系,證實(shí)DNA序列中存在著幾何分形這樣的物理事實(shí)。此外,還研究了DNA序列中CG團(tuán)簇的標(biāo)度行為與編碼和非編碼序列的關(guān)系,通過(guò)分析分布函數(shù)P(S)和ξ(m),發(fā)現(xiàn)它們具有很好的標(biāo)度行為P(s)∝ e-αs和ξ(m)∝m-γ,通過(guò)討論指數(shù)α和γ可以很簡(jiǎn)便地區(qū)分出編碼序列和非編碼序列。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)編碼序列的性質(zhì)更加接近于隨機(jī)

6、序列,說(shuō)明非編碼序列中包含著更加豐富的生物信息,這些為深入研究DNA分子中的序列信息提供了理論依據(jù)。
　　 第四章中,采用Monte Carlo方法和鍵長(zhǎng)漲落模型分析了在拉伸過(guò)程中吸附高分子鏈的構(gòu)象變化,發(fā)現(xiàn)強(qiáng)吸附作用對(duì)彈性過(guò)程的重要影響。此外,緊密高分子作為蛋白質(zhì)分子的簡(jiǎn)化模型,通過(guò)內(nèi)部緊密接觸對(duì)的相互作用,可以形成空間上的緊密結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)化后的模型不僅能粗略體現(xiàn)蛋白質(zhì)分子的統(tǒng)計(jì)性質(zhì),而且這種模型也可以更加方便地運(yùn)用于計(jì)算機(jī)模擬之

7、中。因此,我們采用完全計(jì)算法研究了二維緊密高分子模型中緊密接觸對(duì)的形成速率。發(fā)現(xiàn)形成速率與鏈長(zhǎng)之間可以近似滿足K(N)∝N-α,其中指數(shù)α不僅與緊密接觸對(duì)半徑α、序列類型有關(guān),還與所選用的緊密接觸對(duì)能量數(shù)值相關(guān)。通過(guò)與完全計(jì)算法和PERM算法的結(jié)合,計(jì)算了鏈的形狀因子＜δ＞,回轉(zhuǎn)張量半徑S,均方回轉(zhuǎn)半徑＜S2＞,均方末端距＜R2＞等,討論了在不同吸附空間下(如單一吸附面、平行板吸附面和無(wú)限長(zhǎng)吸附通道)緊密高分子鏈的構(gòu)象性質(zhì)。希望這些粗略