论文部分内容阅读
蛋白质是生物功能的体现者,每一个蛋白质分子都有一个特定的三维结构。蛋白质的氨基酸序列包含着决定其三维结构的重要信息。但蛋白质如何从一级的氨基酸序列折叠形成具有生物学功能的三维结构人们了解得还不清楚,这个问题称为蛋白质折叠。该问题至今尚未解决。蛋白质折叠是个异常复杂的问题,它不仅是个由热力学引导的过程,也是一个由动力学控制的过程。人们也为此提出了各种理论和实验的方法来研究这个问题。近年来,复杂网络方法的出现为蛋白质折叠这个问题的研究提出了一个新的思路。如何利用复杂网络的方法来研究蛋白质折叠在国际上还刚刚起步,有许多问题值得进一步研究。是国际上的热点研究领域之一。
本文对加权蛋白质折叠构象网络的拓扑特征进行了研究。采集由二维短链在格点空间自回避行走产生的全部构象,并以此构建构象网络。每一个构象是网络中的一个点,而构象之间的转变是网络的边。通过研究发现,如果忽略构象中氨基酸残基之间的相互作用,则构象网络只有小世界网络的性质而没有无标度网络的特性,而当我们考虑构象中氨基酸残基之间的相互作用,并以此构建加权构象网络,研究发现此加权构象网既有小世界网络的特征又具有无标度网络的特性。这个结果说明能量对网络拓扑的形成起着重要作用。加权构象网络的“无标度”拓扑特征说明在蛋白质折叠过程中,重要构象的分布具有层次性,而蛋白质在折叠过程中更倾向于选择这些重要的构象做为折叠路径中的构象,而不是在构象空间中随机搜索,预示蛋白质折叠是沿着一定的路径进行的。构象网络的无标度拓扑特征是由其度分布的幂律形式所刻画的。为研究加权构象网络的拓扑特征和蛋白质折叠动力学之间的关系,论文考察了加权构象网络度分布的幂指数和参数Z-SCORE参数之间的关系。Z-SCORE这个参数经常被用来表述给定的一条序列多大程度上是一条天然序列,即是否具有热力学稳定性、相对较快的折叠速度和较强的抗突变能力。研究发现加权构象网络度分布的幂指数和参数Z-SCORE参数这二者之间有很好的相关性。由于幂指数刻画的是构象网络的拓扑性质,而Z-SCORE则刻画链的动力学性质,二者之间良好的相关性说明网络的拓扑性质对蛋白质折叠动力学有深刻影响。基于能量地形面理论给出了这种相关性的物理含义。考察了加权构象网络的模块化性质。网络的模块化指的是网络中有一部分点做为一个集合,在这个集合内部,点之间的连接很紧密,而集合之内的点和集合外面的点连接很稀疏。首先,利用模块化算法得出加权构象网络的模块化系数Q,并研究了Q值和Z-SCORE值以及Q值和网络幂指数的关系。研究发现,加权构象网络有显著的模块化结构,而且Z—SCORE值和Q值呈负相关,这说明折叠速度越大的序列其对应的网络的模块化程度就越低。最后,利用能量地形面的理论解释了这种联系的物理图像。