球状蛋白质分子中氨基酸紧密接触对性质的研究

采用CSU软件 (Contactsofstructuralunits) ,对 61种球状蛋白质分子中氨基酸紧密接触对 (Residue residuecontact)进行了研究 .重点研究了不同氨基酸在形成远程紧密接触对 (Long rangecontact)和近程紧密接触对 (Short rangecontact)时的不同能力 .发现氨基酸Leu,Val,Ile,Met,Phe,Tyr,Cys,Trp(疏性氨基酸 ,H)比较容易形成远程紧密接触对 ,氨基酸Glu,Gln ,Asp ,Asn,Lys,Ser,Arg,Pro(亲水氨基酸 ,P)比较难形成远程紧密接触对 ,而氨基酸Ala,Gly,Thr,His(中性氨基酸 ,N)在形成远程紧密接触对时能力一般 .它们平均每个氨基酸可形成 6 0 3 ,3 64和 4 43个远程紧密接触对 .同时它们在形成近程紧密接触对时能力非常接近 ,平均每个氨基酸可形成的近程紧密接触对数目在 2 3 4～ 2 85变化 ,差别非常小 .亲水氨基酸 (P) ,中性氨基酸 (N)和疏水性氨基酸 (H)在蛋白质分子结构稳定性上起着不同的作用     

弹性竿模型下超螺旋DNA分子的构象研究

采用弹性竿模型 (Elasticrodmodel) ,用MonteCarlo方法对DNA分子的构象进行研究 .通过计算发现 ,DNA分子的能量是由弯曲势能EB 和扭转势能ET 两部分组成 ,通常EB 比ET 大一至两个数量级 .同时给出了均方回转半径与链长之间的关系为〈R2g〉 =1 1 69 5 -3 5×n +0 0 2 5×n2 ,它体现了DNA分子结构的特点 .验证了公式Lk=Wr+Tw ,得出Lk与Wr比较接近的结论 ,考虑DNA分子的构型 ,意味着DNA分子容易被弯曲而不易被扭转 ,但随着连接系数的增加 ,DNA被扭转的几率也在增加 .这为分析DNA分子的结构特征提供了一种新方法     

不同螺旋结构类蛋白质分子管道传输动力学研究

采用动态蒙特卡洛模拟(Dynamical Monte Carlo,DMC)对不同螺旋结构的类蛋白质分子穿越管道的动力学过程进行了研究.计算了不同螺旋能参数下类蛋白质链的传输时间,传输成功率,管道内单体数目,形状因子<δ>,均方位移g等.结果发现螺旋能较小的链传输时间较短,变化不明显,而螺旋能较大的链随着螺旋能的增强传输时间迅速增大.计算表明相同类型的分子链其传输成功率随着电场的增大而减小.而对于不同螺旋结构的链,螺旋能参数εh=0的链传输成功率最大,达到80%左右,略小于自避链;而εh=-0.5的类蛋白质链传输成功率突然减小.随着螺旋能的增强,传输成功率又开始增大.另外的计算表明自避链的传输过程比类蛋白质链平稳.<δ>在传输过程中的变化都存在了最大值,说明链在传输时有一个最松散的构象.对于均方位移的计算得到εh=0的链均方位移变化最快,说明传输过程中扩散最快.同时发现εh=-3.0的链比εh=-1.5的链均方位移扩散快.形状因子和均方位移的趋势均能很好的解释不同螺旋参数下的类蛋白质链不同的传输性质.这些研究对生物大分子的输运行为有一定的指导意义.     

(α/β)8桶状蛋白质中紧密接触对的统计性质研究

在计算蛋白质分子中的氨基酸紧密接触对时采用以氨基酸的重心代替C^α原子的新方法，通过计算（α/β）8桶状蛋白质中的中程和远程紧密接触对的数目，研究了不同氨基酸在形成紧密接触对时所具有的不同能力以及在蛋白质结构稳定性中所起的不同作用．发现在（α/β）8桶状蛋白质中氨基酸形成的远程紧密接触对数目与它的Fauchere—Pliska疏水性实验数值(FPH)存在着非常好的线性关系，而对于氨基酸所形成的中程紧密接触对数目不存在这种关系．同时还研究了（α/β）8桶状蛋白质分子大小，发现其回转半径大小与表示远程接触对数目的远程次序值LRO存在着关系．表明这一类（α/β）8桶状蛋白质具有相似的结构，分子的远程接触对数目越多，分子越紧密，分子尺寸就越小．同时还研究了不同氨基酸之间形成紧密接触对的能力．     

(α/β)_8桶状蛋白质中紧密接触对的统计性质研究

在计算蛋白质分子中的氨基酸紧密接触对时采用以氨基酸的重心代替Cα 原子的新方法 ,通过计算(α/β) 8桶状蛋白质中的中程和远程紧密接触对的数目 ,研究了不同氨基酸在形成紧密接触对时所具有的不同能力以及在蛋白质结构稳定性中所起的不同作用 .发现在 (α β) 8桶状蛋白质中氨基酸形成的远程紧密接触对数目与它的Fauchere Pliska疏水性实验数值 (FPH)存在着非常好的线性关系 ,而对于氨基酸所形成的中程紧密接触对数目不存在这种关系 .同时还研究了 (α β) 8桶状蛋白质分子大小 ,发现其回转半径大小与表示远程接触对数目的远程次序值LRO存在着关系 .表明这一类 (α β) 8桶状蛋白质具有相似的结构 ,分子的远程接触对数目越多 ,分子越紧密 ,分子尺寸就越小 .同时还研究了不同氨基酸之间形成紧密接触对的能力 .     

Statistical interior properties of globular proteins

The character of forming long-range contacts affects the three-dimensional structure of globular proteins deeply. As the different ability to form long-range contacts between 20 types of amino acids and 4 categories of globular proteins, the statistical properties are thoroughly discussed in this paper. Two parameters N_C and N_D are defined to confine the valid residues in detail. The relationship between hydrophobicity scales and valid residue percentage of each amino acid is given in the present work and the linear functions are shown in our statistical results. It is concluded that the hydrophobicity scale defined by chemical derivatives of the amino acids and nonpolar phase of large unilamellar vesicle membranes is the most effective technique to characterise the hydrophobic behavior of amino acid residues. Meanwhile, residue percentage P_i and sequential residue length L_i of a certain protein i are calculated under different conditions. The statistical results show that the average value of P_i as well as L_i of all-α proteins has a minimum among these 4 classes of globular proteins, indicating that all-α proteins are hardly capable of forming long-range contacts one by one along their linear amino acid sequences. All-β proteins have a higher tendency to construct long-range contacts along their primary sequences related to the secondary configurations, i.e. parallel and anti-parallel configurations of β sheets. The investigation of the interior properties of globular proteins give us the connection between the three-dimensional structure and its primary sequence data or secondary configurations, and help us to understand the structure of protein and its folding process well.     

聚亚甲基链的弹性形变研究

本文采用旋转异构态模型,对聚亚甲基链受到无相变的弹性形变后的热力学性质进行研究,计算出在不同形变时聚亚甲基链体系的自由能、内能等热力学函数,同时还分析了应力与弹性形变的关系以及内能对弹性形变的贡献。     

全α蛋白质体系能量转变的分子动力学模拟

采用简化的NHP模型并考虑蛋白质链的二级结构信息,对全α型蛋白质链进行构建.利用分子动力学模拟研究全α蛋白质体系势能的变化情况,得出键伸缩和弯曲能量随蛋白质的链长线性增加;单键的伸缩能和弯曲能随着温度的升高而线性增加,且伸缩能比弯曲能随温度的增加更为明显的结论.键扭转能随二级结构α螺旋数目的增加而线性降低,随温度的上升,扭转能变化呈现先增加后减少的趋势.非键能的大小随疏水残基在蛋白质组分中的比例增加而降低,但线性关系不明显.键扭转能和非键能都存在转变温度.蛋白质链的结构是由多种势能协同作用的结果,键能和非键能的相互竞争以及组成蛋白质链的氨基酸亲疏水性和二级结构组分都会影响蛋白质体系的能量,这些结果对深入理解蛋白质的结构提供理论依据.     

A study on the structural transition of a single polymer chain by parallel tempering molecular dynamics simulation

The structural transition of a single polymer chain with chain length of 100,200 and 300 beads was investigated by parallel tempering MD simulation.Our simulation results can capture the structural change from random coil to orientationally ordered structure with decreasing temperature.The clear transition was observed on the curves of radius of gyration and global orientational order parameter P as the function of temperature,which demonstrated structural formation of a single polymer chain.The linear relationships between three components of square radius of gyration R_gx²,R_gx²,R_gz² and global orientational order P can be obtained under the structurally transformational process.The slope of the linear relationship between x（or y-axis） component R_gx²(or R_gy²) and P is negative,while that of RL as the function of P is positive.The absolute value of slope is proportional to the chain length.Once the single polymer chain takes the random coil or ordered configuration,the linear relationship is invalid.The conformational change was also analyzed on microscopic scale.The polymer chain can be treated as the construction of rigid stems connecting by flexible loops.The deviation from exponentially decreased behavior of stem length distribution becomes prominent,indicating a stiffening of the chain arises leading to more and more segments ending up in the trans state with decreasing temperature.The stem length N_tr is about 21 bonds indicating the polymer chain is ordered with the specific fold length.So,the simulation results,which show the prototype of a liquid-crystalline polymer chain,are helpful to understand the crystallization process of crystalline polymers.