促进或抑制α-synuclein蛋白异常聚集的相互作用蛋白质

α-synuclein蛋白的异常聚集在共核蛋白病的发病过程中起到了关键性作用。与α-synuclein相互作用的蛋白质对其异常聚集起着不同的调节作用,有的蛋白质(如:蛋白synphilin-1、微管蛋白、A-β肽等)会促进α-synuclein蛋白的异常聚集,而另外一些蛋白质(如:膜联蛋白A5、基于自识别元素设计的小肽等)却能够抑制α-synuclein蛋白的异常聚集。认识与α-synuclein相互作用的蛋白,并研究其作用位点,是从分子水平上理解α-synuclein蛋白质异常聚集、揭示共核蛋白病致病机制,以及设计新药物的基础。分子动力学模拟为开展这方面研究开辟了新的途径。文章对该领域的研究进展进行了综述。     

DNA序列全球对称群和多义密码子的对称性（I）

为了完善DNA序列对称理论,本文将12阶DNA群（D群）推广为24阶DNA全对称群（Dd群）。DNA全对称群被定义为特殊的交换群（S4）,其交换元素是DNA序列的4个碱基。DNA群与四面体群（T群）同构,DNA全对称群与正四面体全对称群（Td群）同内,D群是Dd群的一个子群。本文还推导出了Dd群12个新元素的矩阵表。Dd群的乘法表,得到了在Dd群操作四碱基A,C,G和T的变换表等。     

压强温度耦合作用下小蛋白去折叠过程的分子动力学模拟

在不同温度(280~540K)和压强(1×102~8×105 kPa)的耦合作用下,对GB1(the B1 domain of protein G)进行了56次独立分子动力学模拟,模拟时间达88.8 ns。在此基础上,研究了压强和温度对GB1去折叠过程的耦合效应。结果表明,压强对温度去折叠过程有明显影响,改变了蛋白质二级结构去折叠速度和蛋白质去折叠过程发生事件的先后次序。相同温度下,GB1的α-螺旋和β-折叠的稳定性随压强增大而提高;可及性表面积和其它结构特性参数随压强增大而减小。适度的压强(如2×105 kPa)会抑制温度导致的GB1二级结构去折叠速度,而更大的压强(如8×105 kPa)又加速了GB1的去折叠速度。在模拟的温度范围,当压强为100和2×105 kPa时,GB1疏水核协同暴露于水,而5×105和8×105 kPa时没出现此现象,这与最近的高压变性实验结果一致。     

DNA序列全对称群和多义密码子的对称性（Ⅱ）

在DNA全对称群基础上,首先给出了正四面体所有对称操作与碱基变换群元素之间的一一对应关系;然后,归纳出了判断水或亲水密码子的对称原则;最后,讨论了多义密码子序列的对称性。     

基于温度副本交换分子动力学模拟方法研究温度致H1小肽结构变化特征

采用GROMOS43A1力场,用温度副本交换分子动力学模拟方法研究水溶液中H1小肽在4个不同温度下的结构特征.选择H1小肽的初始构象分别为α螺旋和β折叠片,完成了两组独立的36个温度副本交换的分子动力学模拟,一组从α螺旋出发的模拟用来对该小肽的结构特征进行研究,另一组从β折叠片出发的模拟用于验证构象采样的收敛性,每个副本的模拟时间为300ns,共计模拟时间长达21.6μs.在此基础上,研究了H1小肽在温度300K、330K、350K和370K下的结构特征,分析了其主链二面角分布、天然氢键数、β转角的形成概率以及不同温度下偏好采样构象的变化特征等.模拟结果表明,在4个不同温度下,均能够采样到同β折叠片结构的Cα原子均方根偏差最小为0.05nm的构象类,该构象类在4个不同温度300K、330K、350K和370K下分别包含了全部构象的39%、23%、13%和11%.GROMOS43A1力场在刻画小肽的结构方面具有一定的精度,但是在描述氢键方面仍需要加强,H1小肽在不同温度下结构特征的比较能够为分子力场的优化提供重要的帮助.     

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.     

邛海流域生态脆弱性及其评价研究

目前,邛海流域生态环境问题日趋严重,表现出明显的生态脆弱特征。本文对其特征表现作了阐述,从自然和人为因素两方面对其成因进行了综合分析,指出流域存在四类结构型脆弱因子及三种人为型胁迫因子。在此基础上,建立了一套流域生态脆弱性评估指标体系,运用层次分析法(AHP)对流域生态脆弱性作了定量评估。评估结果显示,邛海流域生态脆弱度综合指数为3.035,已呈中-强脆弱程度。评估亦识别出影响脆弱性的主次因子,并据此探讨了流域生态环境改善的途径。     

正四面体晶格的计数、分布及其应用

本文引入正四面体晶格（简称D晶格）、D格点、D格点简并度等新概念,对正四面体晶格的计数及分布规律进行了系统地研究,从归纳法和组合数学两条途径均得出了正四面体的顶点、棱上、面上、体内及总的D格点数的一般公式,而且得到了其D格点简并度的表达式;归纳总结出了D格点碱基组分表及分布规律．解释了经验方程〔1〕;计算了人的46条染色体DNA分子的简并度,探讨了不同生物种类DNA的排序花样．     

等熵方程与生物熵限方程

本文分析了等熵方程;推导出核酸序列的熵限方程,率先提出了生物进化过程中核酸序列选择的熵原则;绘制了分析核酸序列熵变的等熵图．     

计算方法研究HIV-1蛋白酶及其变异与小分子GRL-0519的相互作用

艾滋病病毒在世界范围内的传播,严重地威胁到人们的身心健康.HIV-1蛋白酶的残基变异严重地削弱了药物的治疗效果.为了研究残基变异D30N、I54M和V82A对蛋白酶结合抑制剂GRL-0519的影响,本研究进行了4个30 ns的分子动力学(MD)模拟,并采用溶解相互自由能(SIE)方法计算了蛋白酶和抑制剂的结合能.计算结果表明,极性相互作用不利于变异的蛋白酶结合抑制剂,而对于野生型的蛋白酶(WT),极性相互作用有微弱的贡献,极性相互作用是残基变异抗药性的主要原因,计算得到的总结合能与实验的数据一致.为了说明每个残基在抗药性中的贡献,采用分子力场的方法计算了每一个残基与小分子作用的范德华作用能,并分析了抑制剂与蛋白酶形成的氢键.范德华作用分析表明,V82A残基变异对结合模式的影响较小,相对于WT,D30N有5个残基的范德华贡献差异大于0.4 kcal/mol,I54M残基变异的蛋白酶有6个残基.氢键的分析说明,D30N和I54M变异丢失了几个氢键;范德华作用和氢键的分析结果与SIE的计算结果一致.研究结果为设计新的更有效的抗HIV-1蛋白酶变异的抑制剂提供了理论指导.