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《南京航空航天大学》 2013年
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蛋白质分子三维结构表面建模的研究

闫玉娇  
【摘要】:蛋白质是生物体的基本构件,几乎一切生命现象都要通过蛋白质分子的结构和功能体现出来,而蛋白质分子的结构决定了其行使的功能,尤其是蛋白质分子表面结构对功能影响最大,它决定了蛋白质分子的形状、表面电荷分布及具有重要功能的氨基酸残基的空间排列。因此,从蛋白质分子结构上来推断和确定蛋白质分子的功能对于结构基因组学研究的不断推进有重要的意义。随着分子图形学的不断发展,根据现有蛋白质结构数据库对已知蛋白质分子三维结构可视化,可以更加直观、清晰的获得与生物功能相关的信息。目前各种蛋白质分子三维可视化系统已经广泛用于生物学研究中,且功能在不断完善,但大多数系统都没有实现对蛋白质分子表面结构参数的计算和直观显示。因此,基于蛋白质分子表面结构特征,实现分子表面参数的计算和可视化具有重要意义。 本文首先对蛋白质分子三维结构数据文件进行仔细分析,在此基础上对蛋白质分子的VDW模型、球棍模型、飘带模型和分子表面模型进行合理构建。在分子表面建模中,本文研究并实现了一种基于蛋白质分子溶剂外部表面的三角网格生成算法,该算法稳定性好,提高了分子表面网格构建的效率;同时,提出了一种蛋白质分子表面原子曲率的计算方法,实现了分子表面曲率和形状指数等特征参数的计算。这些表面结构参数对蛋白质分子的稳定性、分子间的相互识别以及分子三维结构预测等研究都有重要的作用。 本文还从蛋白质分子表面原子出发,提出了一种新的描述蛋白质分子表面凹凸性质的参数——凹凸指数CCI。通过对蛋白质相互作用位点以及泛素化位点CCI值的统计研究,预示着利用该参数不仅可以有效的检测出分子表面的凹凸区域,同时该参数的可视化可以直观反映蛋白质相互作用位点以及所能容纳配体的大小和形状。这将有助于我们预测蛋白质分子之间的对接以及新药物的合理设计。 最后本文利用OpenGL技术开发了ProtCC系统,实现了多种模式的蛋白质分子三维结构显示,以及蛋白质分子表面结构参数计算及可视化。同时,该系统提供了蛋白质分子表面特定氨基酸分布情况可视化功能,为我们全面直观的分析蛋白质表面物理性质对蛋白质分子功能的影响提供了更加坚实的基础。此外,本文还对ProtCC系统进行优化,实现了高质量和高效率的分子三维结构显示。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:Q51;TP391.41

【参考文献】
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