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细胞内的很多重要生理过程,如细胞信号转导、免疫反应、基因复制、转录、翻译以及细胞周期调控等,都是通过蛋白质复合体或蛋白质分子间相互作用来完成的。因此要充分理解和认识这些复杂生理过程,必须要解析蛋白质复合物结构,并了解蛋白质相互作用过程发生的构象变化。然而当前研究结构的实验方法如X射线衍射和核磁共振等,尚难以解析蛋白质复合物的结构,这使得理论模拟方法受到了越来越多的重视,并得到了迅速的发展。早期的蛋白质与蛋白质对接算法,大都将目标蛋白简化处理为刚性分子,可能会造成预测结果的偏差。随着计算机处理能力的增强,处理蛋白质柔性的算法也得到了较大的发展,同时也遇到了很大的困难,如环构象的考虑、打分能力的不足等。针对上述问题,论文研究工作主要包括以下几方面内容。
(1)研究现有的一种基于平均场理论的柔性对接方法。蛋白质表面柔性环的存在,要求必须适应粒子的空间排列和静电属性,是目前对接的一个主要障碍。本文对一种在考察配体受体双方的位置和旋转的条件下,能够允许较大柔性环变化的对接方法进行研究。这种方法的策略主要在于考虑对接系统中可能存在的环构象,通过一个简化的分子模型和一种多副本方法计算得到。
(2)提出将一种基于残基与残基成对势的方法对平均场方法产生的候选结果进行打分。打分能力的不足,是对接的另一个障碍。本文对一种基于残基对势的方法进行研究,这种方法通常用于对刚性对接方法得到的复合物结果进行打分。该方法的思路是,残基与残基的结合程度用一个配对分数来表示,当配体残基和受体残基任意原子之间的距离小于一个给定的截断距离时,计算各配对分数的总和。
(3)对比分析两种方法的优劣。本文将这种对势法用于对平均场柔性对接方法产生的候选结构进行打分排序,分别对几个蛋白质-蛋白质复合物进行实验,并对实验结果进行分析和比较。接着尝试把类似的方法应用到蛋白质与DNA柔性对接上。
实验结果表明,相对于平均场方法原来的打分函数,无论是对于蛋白质-蛋白质复合物,还是蛋白质-DNA复合物,当截断距离的值位于某一个区间时,这种打分方法可以更有效地找到接近晶体结构的复合物。