基于分子对接技术的小分子-蛋白质相互作用研究

摘要

蛋白质与小分子间的相互作用与识别过程是如今研究的热点，而基于生物信息学的分子对接技术则是研究这一问题的有效手段。分子对接就是找到配体与受体在其活性区域相结合时能量最低的构象。
　　 分子对接方法面临着两大基本问题需要解决:一是评价配体和受体之间结合的紧密程度，此问题通过评价函数解决。另一个则是搜寻受体和配体间所有可能的最优结合方式，此问题使用优化算法解决。从本质上说，分子对接就是通过优化算法将评价函数当作目标函数求解最小值的过程。
　　 本文首先介绍了蛋白质与小分子间力的相互作用，继而阐述了分子对接的相关理论知识，并对分子对接中常见的评价函数以及优化算法进行了详细比较并评价它们的优缺点。
　　 其次，详细介绍了粒子群算法(ParticleSwarmOptimizationAlgorithm，PSO)以及它的改进型即量子粒子群算法(Quantum-behavedParticleSwarmOptimizationAlgorithm，QPSO)，在研究分析了它们的优点及不足后，提出了一种将QPSO算法及局部搜索相结合的新的改进型QPSO算法--QPSO-LS算法，通过测试函数对其进行测试，结果表明QPSO-LS算法对PSO算法以及QPSO算法的寻优能力有所改进。
　　 接着，将QPSO-LS算法作为构象搜索算法引入分子对接，形成分子对接程序QLDOCK。通过蛋白质复合物晶体结构复原测试，证明了使用QPSO-LS搜索算法的QLDOCK在构象空间的寻优能力较好，分子对接的精确度上比现有的蛋白质与小分子对接软件SODOCK有所改善。
　　 最后，将QLDOCK作为工具，在使用分子对接方法成功验证脂肪酶1LGY的活性部位的前提下，研究分析了1LGY与不同链长的脂肪酸酯之间的相互作用情况，进而对1LGY对于不同链长的脂肪酸酯的底物专一性做出总结。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 背景介绍

1.3 分子对接概述

1.3.1 分子对接原理

1.3.2 分子对接的分类

1.3.3 分子对接的策略选择

1.4评价函数

1.5 优化算法

1.5.1 优化算法简介

1.5.2 构象搜索算法及其分类

1.5.3 分子对接中的常用随机搜索算法

1.6 本章小结

第二章 数据来源及对接准备

2.1 引言

2.2 数据来源

2.3 分子预处理

2.2.1 受体的预处理过程

2.2.2 配体的预处理过程

2.4 本章小结

第三章 一种改进型的量子粒子群优化算法

3.1 引言

3.2 微粒群算法

3.2.1 经典微粒群算法

3.2.2 惯性权重法

3.2.3 基于量子行为的微粒群算法

3.3 改进型的的QPSO算法—QPSO-LS算法

3.3.1 算法描述

3.3.2 实验结果及分析

3.4 本章小结

第四章 QPSO-LS算法在分子对接中的运用

4.1 引言

4.1.1 AutoDock简介

4.2 格点对接理论

4.3 QLDOCK的实现

4.3.1 QLDOCK的参数设置

4.3.2 程序流程

4.4 实验及结果分析

4.4.1 实验设置

4.4.2 对接流程

4.4.3 对接结果与分析

4.5 本章小结

第五章 脂肪酶与脂肪酸酯相互作用的研究

5.1 引言

5.2 结构模型化

5.3 分子对接数据预处理步骤

5.4 1LGY活性部位的验证

5.5 不同链长脂肪酸酯与脂肪酶相互作用比较

5.5.1 C2脂肪酸酯与脂肪酶1LGY的对接结果

5.5.2 C3脂肪酸酯与脂肪酶1LGY的对接结果

5.5.3 C6脂肪酸酯与脂肪酶1LGY的对接结果

5.5.4 C8脂肪酸酯与脂肪酶1LGY的对接结果

5.5.5 C12脂肪酸酯与脂肪酶1LGY的对接结果

5.6 脂肪酶1LGY底物专一性研究

5.7 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

附录： 作者在攻读硕士学位期间发表的论文