蛋白质系统突变分析及系综优化算法的计算机实现
随着后基因组时代的到来，蛋白质组学以及功能蛋白质相关研究的兴起，蛋白质作为重要的生物大分子，其结构与功能之间关系的研究越来越引起人们的重视。蛋白质结构与功能之间关系的阐明，将有助于理解蛋白质行使其特有生物功能的结构基础，以及蛋白质与其他分子相互作用的机理，其中包括对蛋白质与蛋白质相互作用机理的认识和理解。
对蛋白质进行基于结构信息的研究，包括一级结构和三级结构，将有助于预测分析蛋白质结构与功能的关系，以及蛋白质一级结构的改变对蛋白质高级结构及其功能的影响。对蛋白质结构与功能的认识过程始于蛋白质中重要功能残基及蛋白质与其他分子相互作用的确定。在蛋白质功能研究过程中，专一性突变产物的设计起到了至关重要的作用，通过定位突变替换单独的氨基酸残基是分析功能残基的有力工具。
本文实现了基于自治系综优化理论的蛋白质系统突变的计算机模拟。自治系综最优化方法基于平均场能理论，在蛋白质热系综空间中进行概率矩阵的优化。概率矩阵代表了蛋白质的热系综状态，表示特定位置采取可能的氨基酸类型及其构象的可能性大小。根据统计力学理论，对于一个正确的热系综存在以下的自治条件，即平均场能矩阵和概率矩阵之间满足玻尔兹曼分布，这就为寻找正确的热系综空间提供了一种稳健的迭代过程。
通过计算机模拟蛋白质定点系统突变，然后对野生型蛋白及每一个突变体蛋白进行自由能计算，并利用自治系综优化算法进行自治迭代。在第四章中详细介绍了整个计算，这中间包括了系统突变的计算机实现、自治系综优化理论、自由能评价、溶剂可及表面积、降温机制、归一化、阈值以及评价标准。最后，还分别给出了酶活性突变分析、蛋白质相互作用突变分析以及蛋白质系统突变分析的计算结果。结果显示，本文的计算机模拟计算可以获得较好的精度，因此本文开发的程序是一个有用的蛋白质研究的辅助工具。文中还详细叙述了我们利用JAVA语言编码的蛋白质系统突变及系综优化算法的应用程序的总体设计流程，着重介绍了软件系统框架中的各个功能模块，包括突变脚本模块、DSSP模块、自治系综优化模块以及结果比对模块。
蛋白质系统突变;突变分析;可及表面积;系综优化算法;蛋白质组学;功能蛋白质;生物功能
上海大学
硕士
系统分析与集成
王翼飞
2007
中文
TQ931
69
2007-11-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）