人类基因组计划完成之后,生命科学的研究进入以功能基因组学和蛋白质组学为主要研究内容的后基因组学时代,揭示蛋白质的结构-功能关系及蛋白质-蛋白质相互作用规律是蛋白质组学研究的重要组成部分。蛋白质-蛋白质相互作用与识别作为其中最重要的课题之一,具有广泛的理论和现实意义。它有助于揭示蛋白质发挥其生物学功能的分子机制,进一步理解生命活动的微观过程,并对基于蛋白质结构的药物设计提供理论指导。 随着计算机处理能力的不断增强,采用分子对接方法进行复合物结构预测,已经成为蛋白质-蛋白质间相互作用和识别研究的有力手段,并可以为实验研究提供有益的理论指导。论文第一部分工作对课题组参加CAPRI比赛的对接结果进行了详细的分析,发现了对接策略中的不足,提出了初步的改进意见,并在工作中得到了应用。另外,蛋白质结构的形成和生物功能的行使是在水溶液中进行的,水分子在蛋白质-蛋白质相互作用与识别过程中起着重要的作用。如何在对接过程中包含这些界面水分子,需要对界面上水分子的作用特点进一步研究探索。论文第二部分工作详细探讨了蛋白质复合物界面上水分子介导的残基的分布情况和特征,分析了水分子对复合物结构稳定的重要作用。具体的研究内容如下： 1.蛋白质-蛋白质复合物结构预测 通过对参加CAPRI比赛的对接结果进行的详细分析发现,影响对接结果准确性的主要问题在于结合位点信息不准确、采样不够充分和过滤不够精细三个方面。在结合位点方面,通常,受体或配体只能一方可能定位比较准确,而另一方却很难找到正确的结合位点。在采样方面,很多靶标并没有采集到近天然构象,这将直接决定着对接结果的好坏。还有一些Target存在已经搜索到近天然构象却没能将其挑选出来的情况。针对以上问题,提出两项策略：第一是增加采样个数,第二是通过加入实验信息加强采样过滤阶段近天然结构的区分筛选能力。通过应用这些策略,显著提高了近天然结构的采集和筛选能力。随着增加采样个数的增加和筛选能力的增强,不仅搜索到的近天然构象个数有显著增加,复合物中配体的均方根偏差L_rmsd也有明显下降。 2.复合物界面水分子作用的研究 为了弄清复合物界面水分子的作用,我们选择了12个CAPRI蛋白质复合物体系作为研究对象,在主链N,O原子周围的加入了水分子。然后分析了针对复合物界面上所有由水分子介导形成氢键的残基的特征。结果表明,蛋白质-蛋白质界面上存在大量水分子介导的氢键,这些氢键与残基间直接的氢键一起在稳定复合物结构方面发挥着重要作用。由水分子介导形成氢键的残基可以分布在复合物交界面内部,通过与水分子形成极性相互作用来协助稳定复合物结构；也可以分布在交界面外沿,通过水分子与距离较远的残基形成氢键,完善复合物界面的互补性。由水分子介导形成氢键的残基主要出现在单体的无规结构处。这些残基绝大部分是带电残基和极性残基,其中Glu,Asp,Tyr和Asn出现的几率比较大,这一结论与实验相符。这些研究结果,对于在对接过程中溶剂效应的考虑和发展包含界面水分子的对接方法提供有益的帮助。