蛋白质的空间结构和折叠过程 dna的结构和序列分析博士论

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1、目录摘要1Abstract3第一章绪论51.1引言61.1.1物理学与生物学之间的联系61.1.2物理学在生物领域中的研究热点71.2生物大分子的结构特性101.2.1生物大分子的结构与功能特点101.2.2维持生物大分子稳定结构的相互作用力121.3本文的研究背景、主要内容和未来展望131.3.1生物大分子的结构层次131.3.2生物大分子的折叠(Folding)151.3.3生物大分子结构的研究现状和未来展望171.3.4本文研究的内容和意义18References20第二章蛋白质的空间结构和折叠过程212.1概述222.1.1

2、蛋白质是重要的功能分子222.1.2蛋白质的结构层次222.1.3蛋白质的分类302.2蛋白质三维结构的模建312.2.1蛋白质二级结构的预测312.2.2蛋白质三级结构的预测332.3氨基酸形成紧密接触对的能力研究362.3.1紧密接触对的概念362.3.2粗粒化蛋白质模型——单原子代表氨基酸382.3.3原子历经模型——考虑组成氨基酸的所有原子532.3.4小结622.4球状蛋白质结构的统计性质652.4.1不同结构类型的球状蛋白质652.4.2氨基酸在球状蛋白质的紧密接触能力与其疏水性量度之间的关系752.4.3小结762.5

3、蛋白质折叠速率的研究782.5.1用原子历经模型对折叠速率的预测792.5.2用神经网络模型对折叠速率的预测852.5.3小结92References94第三章DNA的结构和序列分析983.1概述993.1.1核酸的化学组成993.1.2DNA的结构层次1013.1.3DNA分子的复制1083.1.4DNA测序和基因工程1093.2弹性竿模型下超螺旋DNA分子的构象研究1133.2.1DNA超螺旋结构的MonteCarlo模拟1133.2.2结果和讨论1173.2.3小结1223.3基于二维行走模型下DNA序列的长程相关性研究122

4、3.3.1DNA序列的二维行走模型1233.3.2结果和讨论1243.3.3小结1353.4DNA刚性分子链的动力学研究1373.4.1理论模型1373.4.2结果和讨论1403.4.3小结143References144第四章结冷胶摩擦行为的研究1464.1概述1474.1.1糖的分类和生物学作用1474.1.2多糖类的凝胶化及工业运用1514.1.3凝胶摩擦行为的研究意义和展望1544.2凝胶摩擦行为的理论模型1564.2.1排斥情形1574.2.2吸附情形1594.3实验材料和方法1644.3.1实验材料1644.3.2实验方

5、法1674.4实验结果和讨论1724.4.1水环境中结冷胶的摩擦行为1724.4.2盐环境中结冷胶的摩擦行为1754.4.3小结177References178攻读博士期间发表的论文180致谢181摘要生物大分子是通过复杂结构来体现其特殊生物功能的高分子链，是生命活动的主要物质基础。生物大分子包括蛋白质、核酸、多糖、脂类等。这些生物分子只有在特定的三维结构中才能发挥其生物活性。本文的工作主要是针对蛋白质、脱氧核糖核酸以及多糖类凝胶的构象进行理论分析和模拟计算。研究这些生物分子的自然结构以及形成这些结构的机理具有十分重要的意义，它是了

6、解生物体的基础。在本文第二章中，我们基于不同模型，对蛋白质三维结构中的紧密接触对性质进行统计性质的研究。在蛋白质粗粒化模型中，统计结果告诉我们：疏水性氨基酸(Leu,Phe,Met,Ile,Trp,Val,Cys和Tyr)容易形成长程紧密接触对，亲水性氨基酸(Lys,Asp,Asn,Glu,Gln,Ser,Pro和Arg)不容易形成长程紧密接触对；而氨基酸形成短程紧密接触对的能力不会根据氨基酸的残基亲疏水性质的改变而改变。考虑到组成氨基酸不同原子间的相互作用力，我们又提出原子历经模型。该模型证实了氨基酸形成长程紧密对的能力可以严格按

7、照氨基酸的疏水性量度来区分，因此，原子历经模型对蛋白质三维结构的描述更为精细和有效。对球状蛋白质来说，全类型最不容易形成连续的长程紧密接触对，全类型最容易形成连续的长程紧密接触对，这和它们的二级结构密切相关。在蛋白质折叠速率的研究中，同样涉及到蛋白质的三维结构。研究发现：折叠速率的自然对数lnKf和蛋白质的接触序参数CO、TCD和LRO之间都存在着一定的联系。用原子历经模型对折叠速率进行预测的结果更加接近实验值，且蛋白质折叠速率和TCD之间的线性关系最佳，为lnKf＝－13.2×TCD＋19.73。此外，我们同时考虑这三种接触序参数

8、的协同作用，把它们作为训练BP神经网络的输入节点。通过输入层节点数目隐含层节点数目和输出节点数目分别为3－7－1的最佳神经网络模型对蛋白质折叠速率的预测比用参数TCD预测更具有优势，这说明在蛋白质的折叠过程中，不同作用程的接触序参数需