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《中国协和医科大学》 2007年
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基于多肽片段中央氨基酸装配的蛋白质结构预测

唐鹤云  
【摘要】: 蛋白质的序列决定结构,而结构决定其功能,关于蛋白质分子三维空间结构的信息对功能研究具有十分重要的意义。当前能够确定蛋白质结构的实验方法主要有X射线晶体衍射和核磁共振。由于这些方法各自的局限性,目前实验方法确定蛋白质三维结构的进度很慢。在过去的几十年里,计算机预测蛋白质三维结构也取得了重大进展。蛋白质结构预测方法主要可以分为三类:同源建模、折叠识别、和Ab Initio。这些结构预测方法都存在着一些共同的问题,如需要大量的计算资源、计算过程中需要人工干预、残基替换、侧链安置等。这些问题使得普通用户难以使用计算机来预测蛋白质的三维结构。 本研究首先分析了多肽片段中央氨基酸的结构。我们提出并运用了C’偏离(C’deviation)这个概念来分析氨基酸的结构变化。在结果显示中运用了分布直径和散点图来直观地显示原子分布的差异。在这部分实验中,通过对比三肽片段和五肽片段中央氨基酸的结构分布的差异,发现随着组成相同的多肽片段长度的增加,其中央氨基酸的结构差异会变小。同时我们还分析了三肽片段中央氨基酸在不同二级结构条件下的分布情况,发现在螺旋或折叠状态时,其中央氨基酸的C’原子分布在不同的区域。 根据多肽片段中央氨基酸的结构分析的结果——随着组成相同的多肽片段长度的增加其中央氨基酸的结构差异会变小,我们建立了一种基于多肽片段中央氨基酸装配的蛋白质结构预测新方法。这种方法把目标序列分割成九肽片段,并按序列顺序逐个装配九肽片段的中央氨基酸,实现蛋白质三维结构模型的建立。因为搜索到的与目标片段最匹配的九肽片段中央氨基酸与目标残基时完全一致的,所以在结构预测过程中避免了残基替换的问题,同时侧链的坐标也可以经过转换后使用最佳匹配片段中央氨基酸的坐标,又解决了侧链安置问题。 最后我们评估了我们的这种蛋白质结构预测新方法的精度和运算效率。实验结果显示使用我们这种新方法预测蛋白质三维结构的精度是比较高的。运行时所需的计算资源较少,普通个人计算机就可以进行。这种方法的可移植性还非常好,无论是Windows和Linux,只要安装了Perl的编译器,就可以直接运行。计算过程中无需人工干预,实现了真正的全自动。 本研究的主要创新点: 1.首次提出并运用了C’偏离(C'devialion)来分析多肽片段中央氨基酸氨基酸的结构,C’偏离比角度方法更加直观; 2.运用了分布直径来描述原子空间分布情况,可以直观地比较原子分布范围的大小; 3.分析了不同局部相似性状态下多肽片段中央氨基酸结构分布,发现局部相似性对多肽片段中央氨基酸结构影响显著; 4.分析了不同二级结构状态下多肽片段中央氨基酸结构的分布,发现不同的二级结构状态下中央氨基酸结构分布规律不同; 5.建立一种基于九肽片段中央氨基酸装配的蛋白质结构预测新方法,很好地解决了残基替换和侧链安置问题; 6.实现了在PC机上进行蛋白质结构预测。
【学位授予单位】:中国协和医科大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:Q51

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