基于运动学的蛋白质LOOP结构预测

摘要

蛋白质的结构多样性决定了其功能的多样性，预测蛋白质三维结构对疾病研究和药物开发都有着重要的意义。本文将运动学应用于蛋白质loop闭合问题，又将其扩展至控制蛋白质loop拓扑结构。
　　循环坐标下降法和雅可比矩阵法是运动学中的两种常用的数值方法，本文实现并设计实验对比了两种方法在解决蛋白质loop闭合问题上的效率和效果。结果表明，循环坐标下降法相比于雅可比矩阵法，效率和闭合率都要高许多。
　　在循环坐标下降法的基础上，本文开发了一种控制蛋白质loop区域拓扑结构的运动学方法――TSCCD，这种方法通过指定任意数目的向导原子及其目标来达到控制loop区域拓扑结构的目的。应用TSCCD，本文实现了对封闭肽段的两种运动模拟――“机械转动”和“随机游走”。前者使一段loop绕固定的轴转动，后者则可以进行loop的轻微扰动。对于机械转动，本文成功地在1.29A2.43A的精确度上描述了预测目标从apo态向holo态的柔性转变。对于随机游走，可以应用于预测蛋白质loop在天然环境中的运动方式。对于测试案例，能够很好地模拟出了晶体结构中所观察到的柔性模式。在距离holo态最近的时刻分别达到了0.5A1.69A的精确度。

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第一章 引言

1.1 课题背景

1.2 研究内容

1.3 研究意义

1.4 本文组织结构

第二章 蛋白质loop结构预测与运动学

2.1 蛋白质结构预测

2.2 蛋白质loop区域预测

2.3 运动学

2.4 本章小结

第三章 基于运动学的蛋白质loop结构预测方法设计

3.1 循环坐标下降法与雅可比矩阵法的比较与分析

3.2 循环坐标下降法的一般化扩展

3.3 两阶段CCD――TSCCD：封闭肽段的拓扑控制

3.4 本章小结

第四章 基于运动学的蛋白质loop结构预测实践

4.1 旋转：封闭肽段的机械转动

4.2 随机游走：封闭肽链的“连续”运动

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 研究展望

参考文献

发表文章目录及科研项目

致谢