基于迁移积分的生物大分子电荷迁移网络

论文摘要

随着高质量蛋白质和DNA实验结构（X射线,核磁共振,冷冻电镜）的增加,为我们在大数据场景下提高对生物大分子内部相互作用的理论认识开辟了空间。虽然以往的研究已经从基于统计学上的距离分布和相互作用能等方面对不同形式的氨基酸-氨基酸以及氨基酸-碱基接触（范德华、氢键）的相对丰度进行了分析,但是对于其内部的物理化学性质的研究则相对较少。在本工作中,我们在紧束缚近似方法的基础上,直接对蛋白质-蛋白质和蛋白质-DNA数据库中数百万分子片段的电荷迁移积分进行了计算,并构建了一个具有代表性的复杂网络模型来揭示生物大分子内部的电荷迁移。该模型可以从整体上对数百万氨基酸-氨基酸以及氨基酸-碱基对的电荷迁移网络进行把控,并可以代表天然大分子体系中可能出现的任何残基之间的接触。因此,该电荷迁移网络作为一个强大的、直观化的查找图,使我们能够直接获得任何天然蛋白质和DNA结构中的电荷迁移并找到一个通用或普遍的识别码。除此之外,我们还利用紧束缚近似方法对模型系统邻苯二酚O-甲基转移酶（COMT,Catechol O-Methyl-transferase）进行了电荷迁移积分的计算,并构造了电荷迁移网络。从而将量子力学/分子力学（QM/MM,Quantum mechanical-molecular mechanical）计算中抽象化的QM区域选取问题转化为一个直观的复杂网络问题。其次,通过对网络连接的可视化检查和社区结构检测算法的研究,高效地确定了几组QM区域,并通过研究随QM区域的增加其关键催化性质的收敛性,与先前contact map方法的研究结果做了比较。最后,我们认为电荷迁移网络以一种方便、直观、高计算效率的方式为我们确定QM/MM计算的边界提供了一种替代工具。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王宏伟

导师: 高军,杜利凯

关键词: 电荷迁移,紧束缚模型,相互作用,复杂网络,计算

来源: 华中农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 华中农业大学

分类号: Q811.4

DOI: 10.27158/d.cnki.ghznu.2019.000640

总页数: 77

文件大小: 5341K

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