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蛋白质的蒙特卡罗模拟及生物分子膜行为研究

刘源  
【摘要】:本论文研究蛋白质的蒙特卡罗采样方法,将高效的蛋白质分子主链运动算法和侧链采样算法成功的结合到一起,从而实现全原子蛋白质分子的采样。在第二章中,我们将详细介绍蒙特卡罗算法以及构象采样算法在高精度的蛋白质全原子结构预测软件包R.osetta中的实现,并进行一系列测试来证明本方法的有效性。在第三章中,我们应用本方法,并结合副本交换蒙特卡罗模拟,对一个小β发卡蛋白trpzip2在较宽的温度区间进行全原子尺度态密度采样。微正则分析证明,该两态转变过程为类一级相转变。通过对主要能量项的详细分析,我们指出蛋白折叠的协同效应主要由氧键相互作用导致,而疏水相互作用主要对蛋白质链的塌缩有贡献。更进一步,我们通过对多个反应坐标计算得到的一维或二维自由能面,以及对折叠轨迹的直接观察,得到了trpzip2蛋白的详尽折叠机理。 本文的另一部分工作是研究生物双分子的膜的行为,主要包括如下三部分:1.用耗散粒子动力学研究膜的拉伸及膜上孔道的形成;2.用耗散粒子动力学研究碟形膜到囊泡的包合过程的动力学;3.用Helfrich连续模型以及蒙特卡罗模拟研究膜管以及其中受限胶体粒子的运动。第四章中,建立耗散粒子动力学膜模型,系统研究了不同拉仲状态下有应力计算得到的张力与涨落得到的张力的关系,分析模拟结果与前人研究的不同并为一些争论提出可能的解释,推导并验证了一个联系线张力和抗弯刚度的简单模型,并由此提出一种测量膜抗弯刚度的新方案。第五章使用同样的膜模型研究了碟形膜包合成为囊泡的动力学过程,得到了包合时间随碟大小的标度关系,并分析了温度和粘度对包合动力学的影响。并用粗粒化动力学模拟了一个真实磷脂包合过程,与DPD模型的结果进行了比较,并讨论了胆固醇的影响。在第六章中,用数值方法求解了膜管中束缚胶体粒子的问题,发现随吸附参数变化所导致的相转变。通过蒙特卡罗模拟引入了热涨落,分析它对相变过程所产生的影响。并用郎之万动力学研究了膜管中两面神粒子的运动问题。


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