蛋白质折叠速度与其拓扑结构关系的研究

以6种不同的方式来定义蛋白质内存在的接触,进而运用分子动力学模拟等不同方法,对10个小蛋白进行分析,研究了不同的接触定义及不同的拓扑参数计算方法下,蛋白质的折叠速度与其拓扑参数的关系.结果表明,用含主链重原子的方式定义接触,所计算的拓扑参数与蛋白质折叠速度的相关性较好;用含侧链原子的方式定义接触,得到的拓扑参数与β型蛋白质的折叠速度的相关性较好.对不同的蛋白质,其拓扑结构与相应折叠速度间的相关程度不同.

蛋白质去折叠路径的分子动力学模拟

蛋白质的去折叠有多条路径,而不是沿着一条特定的路径进行.利用分子动力学模拟技术,模拟蛋白质在高温下的去折叠过程,分析讨论了蛋白质折叠的多路径性.

小蛋白天然结构与折叠速度关系的分子动力学模拟研究

用分子动力学模拟方法研究了小蛋白天然结构集合与其折叠速度的关系.根据蛋白质内存在接触的不同定义方式,利用分子动力学模拟方法得到了10个小蛋白的一系列构象集合,分析了其拓扑参数与折叠速度的关系并与PDB单构象的情况进行了比较.用含主链重原子的方式定义接触,所计算的结果较好,天然结构集合所计算的拓扑参数与蛋白质折叠速度的关系可以更真实地反映实际情况.

从课程群的角度谈“信号与系统”课程内容的处理

"信号与系统"与多门课程间存在知识交叉,本文从课程群的角度对"信号与系统"与其它课程交叉内容的处理方式进行了讨论.通过协调课程内容、设置窗口等方式,在保证各课程知识体系相对完整的情况下,做到互相补充、各有侧重,有效提高课堂教学效果,保障学生构建科学、合理的知识体系.

“概念法”在《信号与系统》教学中的应用

以线性时不变性、冲激信号、频谱、系统函数等概念为例,讨论了"概念法"在《信号与系统》课程教学中的应用。以概念为中心开展课堂教学,通过逐步加深对概念的理解,扩大概念的外延,使学生通过掌握概念而掌握课程知识。实践表明,该方法有助于提高教学效果。

离散时间系统分析中初始条件的确定

由于离散时间系统的差分方程具有迭代性,系统的全响应、零输入响应和零状态响应的初始条件可以相互转化.前向差分方程描述的系统,利用Z变换求解时,只需进行简单的初始条件替换,即可得到零输入响应的变换式.

中国对虾热休克蛋白70(HSP70)的三维结构优化

从中国对虾热休克蛋白70的氨基酸序列出发,在线预测得到其三维结构,利用分子动力学理论进行计算机模拟优化,得到其近似的天然构象,并对其结构与功能的关系进行讨论.

蛋白质去折叠特性的物理特性空间分析

介绍了利用蛋白质的12个物理特性参数构建物理特性空间的方法,蛋白质的每个状态,与特性空间中的一个点相对应.以GB1蛋白为例,在物理特性空间分析了蛋白质去折叠行为,并得出正确的结论.

含源T形网络与π形网络的等效变换

通过几种不同的方法 ,给出了含源 T形网络与含源 π形网络间等效变换的表达式 ,并得出这两种网络间等效变换时所受约束 .

Z曲线的理论研究(英文)

DNA序列与正四面体(RT)中的映象点(D格点)具有对应关系.一系列D格点形成晶格(D 晶格).D晶格证明是面心立方晶格,并揭示了D格点的空间分布规律.在此基础上得到Z曲线的一些特性, 如Z曲线束具有S4群的对称性,Z曲线均在最大正四面体的内切球内等等.

细胞穿膜肽的穿膜活性与序列特征的关系

细胞穿膜肽(cell penetrating peptides,CPPs)是一种小分子多肽,能够容易地穿过细胞膜.这类分子,尤其是具有靶向功能的CPPs为高效率投送药物到靶细胞带来希望.因此,对其展开研究对于生物医学有着一定的意义.本工作主要从序列水平对具有不同穿膜活性的CPPs进行研究,试图找出影响CPPs穿膜活性的因素,以及不同活性CPPs与非穿膜肽(Non CPPs)序列上的差异,并引入一种分析生物序列的方法.我们基于CPPsite数据库和不同的文献获取CPPs和Non CPPs序列,并进一步从CPPs序列中提取具有高、中、低穿膜活性的穿膜肽(HCPPs、MCPPs、LCPPs)用于构建数据集.基于这些数据集,开展了以下研究:首先,利用方差分析的方法,对不同活性的CPPs以及Non CPPs的氨基酸及二级结构组成进行分析,发现氨基酸的静电与疏水相互作用对CPPs的穿膜活性起到了重要影响,同时螺旋结构和无规卷曲也会影响CPPs的穿膜活性;其次,使用理化性质与长度将不同活性的CPPs展示在二维平面上,发现在某些特殊的性质下不同活性的CPPs与Non CPPs可以产生聚簇现象,HCPPs、MCPPs以及LCPPs和Non CPPs被分成了三簇,这种现象显示了它们之间的差异;最后,本文引入了生物序列理化质心的概念,将组成序列的残基看作质点,进而把序列抽象成质点系进行研究,并将此方法应用到CPPs的分析中,通过PCA方法将不同活性的CPPs投射到三维平面上,结果发现绝大部分CPPs聚在一起,部分LCPPs与Non CPPs聚在一起.此工作对于CPPs的设计,以及理解不同活性CPPs序列上的差异具有一定的意义.另外,本文引入的生物序列理化质心的分析方法也可以用于其他生物问题的分析,同时它们可以作为某些生物分类问题的输入参数,在模式识别中起到一定的作用.

自动控制原理实验的GUI设计

为克服实验箱中的元器件的参数设置较少,不能随意扩展改变的现状,运用MATLAB设计了自动控制原理实验的图形用户界面(GUI).在GUI设计中含有两级结构,运行程序后就进入主界面(即一级界面).主界面上放有六个按钮,对应着六个实验,单击某个按钮后就进入了子界面(即二级界面,按钮对应的实验界面).学生实验时只需要在对应实验的界面上输入相应的参数,最后点击指定按钮便可以得到实验结果,操作简便,是对模拟实验的有益补充.通过两者的结合,可同时培养学生的动手能力和综合分析问题的能力.

电子类专业课程教学中融入创新元素的探讨

创新能力的培养是21世纪教育的首要任务,是提高教学素质的关键所在。本文从1.消除权威意识,为创新扫清障碍2.让课堂教学存在"问题",培养创新意识3.追溯式教学法,培养创新思维4.建立知识的联系、编织知识"网",提供创新的保障这几个方面在电类课程教学中融入创新元素进行了探讨,从而更好的发挥专业课程教学在学生创新能力培养中的作用。

生物大分子计算机模拟中的并行运算

利用PC和DEC工作站实现了计算机并行计算,结合生物信息学中的分子动力学模拟,对并行效率和计算结果进行了大量实验分析,同时用并行的分子动力学模拟软件对GB1蛋白质高温变性进行了简单分析.

残基突变对P53-DNA结合域肽段构象影响的分子动力学模拟

基于分子动力学模拟方法研究了R249S、R248W和G245S突变对P53-DNA结合域肽段(残基230-258)结构的影响.采用GROMACS软件包和GROMOS43A1分子力场,分别对野生型wtP53肽段、单点突变型P53-R249S肽段、两点突变型P53-R249S/R248W肽段和三点突变型P53-R249S/R248W/G245S肽段进行了4组独立的分子动力学模拟,每组体系模拟时间为500ns.研究结果表明:R249S单残基突变影响肽段残基形成二级结构的情况,但不改变肽段三维结构的模式,同时使该肽段结构相对稳定;R249S和R248W两残基同时突变会加剧R249S突变对肽段的影响,同时导致三维结构发生较大变化,构象弯曲呈现双turn结构,肽段稳定性进一步增大;G245S突变对肽段的影响与R249S和R248W同时突变对其结构的影响相反,在两残基突变的基础上,G245S突变会使原突变引起的变化减弱甚至消失,同时使得该肽段结构稳定性减小.该研究对认识肿瘤致病分子机制和设计新药物有重要意义.

固有无序蛋白与蛋白质相互作用位点残基特征分析

本文对固有无序蛋白(IDPs)与其他蛋白质相互作用位点残基特征进行了研究.首先在数据库中选出满足条件的109条IDPs蛋白质链及与其他配体蛋白形成的299个IDPs-蛋白质复合物,然后提取复合物中作为相互作用位点的IDPs-蛋白质残基.这109条IDPs链中共含有50 031个氨基酸残基,其中处于作用位点的残基有4 822个.通过分析发现,20种氨基酸在形成IDPs-蛋白质相互作用位点残基时具有不同的倾向性,根据形成作用位点残基的倾向性,20种氨基酸可分成三大类:倾向型氨基酸(ILE、LEU、ARG、PHE、TYR、MET、TRP)、中间型氨基酸(GLN、GLU、THR、LYS、VAL、ASP、HIS)、非倾向型氨基酸(PRO、SER、GLY、ALA、ASN、CYS).研究结果还进一步表明,不同氨基酸在有序区域与无序区域形成IDPs-蛋白质作用位点残基的倾向性不同.其中,氨基酸TRP、LEU、ILE、CYS在有序和无序区域形成作用位点残基的差异性尤为明显,而氨基酸GLU、PHE、HIS、ALA则基本没有多大差别.对IDPs-蛋白质相互作用位点残基理化特征进行分析发现:疏水性强、侧链净电荷量较少、极性较小、溶剂可及性表面积较大、侧链体积较大、极化率较大的氨基酸比较倾向于形成作用位点残基.主成分分析结果显示,残基的极化率、侧链体积和溶剂可及表面积对作用位点残基影响最大.

分子动力学模拟Cu2＋对α-突触核蛋白(1-17)肽段构象变化的影响

利用分子动力学模拟研究铜离子(Cu2+)对α-突触核蛋白1-17号氨基酸肽段(α-synuclein(1-17))构象变化的影响,采用GROMOS 43A1力场对Cu2+-α-synuclein(1-17)复合体和α-synuclein(1-17)肽段单体分别进行了6组独立的分子动力学模拟,每组模拟时间为500ns,总模拟时间为3μs.研究结果表明:Cu2+与α-synuclein(1-17)肽段结合使其更易向β折叠片结构折叠,促进了其二级结构的形成,增强了构象的稳定性;Cu2+增大了α-synuclein肽段疏水残基的溶剂可及表面积,增强了其疏水残基的暴露程度.自由能分析指出,Cu2+-α-synuclein(1-17)复合体的自由能比α-synuclein(1-17)肽段低,构象稳定,采样空间紧密,其自由能极小构象为β折叠片结构.构象聚类分析进一步表明,Cu2+使得α-synuclein(1-17)肽段构象趋于稳定.总之,Cu2+诱导固有无序蛋白α-synuclein(1-17)肽段由无序向有序转变,降低了构象的自由能,同时Cu2+增强了α-synuclein(1-17)肽段的疏水性,使得α-synuclein肽段因疏水作用更倾向于形成β折叠片结构,加速其疏水性聚集.

固有无序超嗜热菌FlgM蛋白在两种不同温度下的构象变化特征

基于分子动力学模拟方法比较了超嗜热菌FlgM蛋白在常温(293K)和生理温度(358K)下的结构特征.基于GROMACS软件包,采用OPLS-AA分子力场和TIP3P水模型,对超嗜热菌FlgM蛋白在293和358K进行了2组独立的长时间分子动力学模拟,每组体系模拟时间为1500ns.主要分析了两种温度下超嗜热菌FlgM蛋白的二级结构特征、整体构象变化及半无序化区域和结构化区域的构象特征.研究结果表明:在常温下,N端具有一定程度的螺旋成分,但在生理温度下,超嗜热菌FlgM蛋白的结构变得松散,螺旋结构减少,构象稳定性减弱,H1螺旋散开,FlgM蛋白构象灵活性增强,不稳定程度增加.这些不同温度的结构变化说明:半无序化区域(N端)在非结合状态下有一定的螺旋结构,但该段螺旋的稳定性随温度升高而降低.超嗜热菌FlgM蛋白会通过增加结构的无序程度使结构更加灵活,以适应高温,从而使该类固有无序蛋白更好地行使其功能,如提高同其他成分的结合速率等.

抗菌肽BLFcin6与不同磷脂膜之间相互作用的分子动力学模拟研究

抗菌肽具有广谱抗菌特性,有望成为抗生素较好的替代产品.研究抗菌肽的抗菌机制,可以为新型抗菌肽的设计提供指导.无论抗菌肽采用哪种抗菌机制,其首先要稳定地吸附到细胞膜之上.因此,本文利用分子动力学模拟方法比较了抗菌小肽BLFcin6与5种不同细胞膜之间的相互作用.对这5种细胞膜而言,小肽会很快结合在POPG膜和DPPC-CHOL膜的表面,倾向于进入DPPC膜的疏水内部,与POPC膜和POPC-CHOL膜的接触很少.考察相互作用能,小肽与POPG膜的相互作用最强,主要是小肽与细胞膜亲水头部存在静电相互作用;小肽与DPPC膜的疏水尾部的相互作用较强,但受胆固醇影响,小肽只结合在DPPC-CHOL膜表面.在结合过程中,小肽N端的Arg会先结合到细胞膜上,静电相互作用在小肽锚定细胞膜的过程中起关键作用.以上研究从原子水平上解释了为什么BLFcin6小肽具有抗菌作用,哪些残基起关键作用,也为进一步开展BLFcin6小肽及其衍生小肽的研究奠定基础.

抗菌肽与细胞膜相互作用机制的分子动力学模拟研究

抗菌肽由于其具有天然抗菌特性,且对生物体毒副作用小,有望作为新一代抗菌药物而得到了广泛的关注.作为研究生物大分子的有效工具,分子动力学模拟技术被用来研究抗菌肽的抗菌机制及与细菌膜的相互作用.回顾近年来抗菌肽与膜相互作用分子动力学模拟研究,理清利用全原子模型和粗粒化模型模拟抗菌肽与细菌膜作用情况,包括模拟力场的选择、细菌膜模型的建立,以及利用模拟得到肽/膜作用信息等,对了解抗菌肽的抗菌活性及新药设计提供帮助.