跨膜蛋白CD3ε与磷脂酰肌醇二磷酸在脂筏域体系中蛋白质-脂质相互作用的粗粒化模拟研究

细胞膜局部区域可形成富含饱和脂质、胆固醇、鞘脂的脂筏域作为其信号转导调控平台。传统实验手段在研究脂筏及其功能时受到系统复杂度高及区域结构瞬时性强等制约。近年来,分子动力学模拟技术为细胞膜的组织原则提供了重要的理论支撑,从简单的单一组分模型到多组分系统转变,最终形成了越来越多的细胞膜仿真模型。其中,粗粒化模拟由于其简化模型,可大副拓展模拟体系的复杂程度与模拟时间,在细胞膜以及蛋白质-脂质相互作用相关研究中得到了广泛应用。本文采用MARTINI粗粒化力场模拟,构建了一种含有阴离子脂质磷脂酰肌醇二磷酸(phosphatidylinositol diphosphate, PIP2)的混合膜体系。模拟结果表明,该体系在适当温度及饱和度条件下,能自发分层形成脂筏域;膜厚度、膜组分分布、膜组分流动性等多种参数均表明,脂筏结构形成且符合其结构特征;少量PIP2添加不影响分层特性且PIP2对脂筏具有显著亲和性。此外,利用该模型以跨膜信号蛋白CD3ε为例研究了脂筏域体系中蛋白质-脂质相互作用。结果表明,PIP2-CD3ε胞内区相互作用可能是脂筏招募CD3ε的驱动力,且该过程可受钙离子调控。本工作体现了粗粒化模拟在仿真膜相关研究中的巨大优势及良好应用前景。     

TCR-CD3复合物跨膜区自组装的分子机制

目的 T细胞受体-共受体复合物（TCR-CD3）在适应性免疫应答中起着重要作用,其亚基间的相互作用一直是研究热点。由于传统实验的局限性,对于跨膜蛋白TCR-CD3复合物的研究不能深入到微观层面。方法 利用分子动力学模拟方法（包括粗粒化模拟、拉伸动力学、全原子模拟）分析TCR-CD3复合物的自组装机制。结果 通过粗粒化模拟（CGMD）发现,TCR-CD3复合物在组装过程中存在着αβ依次结合δε’、γε、ζζ’的组装顺序,并阐述了α^R253突变会降低α^K258与δε’的相互作用。结论 本文论证了仅存在TCR-CD3复合物的跨膜区不足以介导TCR-CD3复合物亚基间的特异性相互作用。拉伸动力学（SMD）和全原子模拟（AAMD）的结果说明,ζζ’与TCR-CD3其余部分之间的胞外区相互作用强于跨膜区,同时ζζ’的缺失对αβδε’γε的稳定性影响最小,而δε’的缺失对αβγεζζ’的稳定性影响最大。     

一种新的人脑信息传输复杂性的研究

我们在过去的工作中曾用Ｋｏｌｍｏｇｒｏｖ复杂性（简称ＫＣ）来研究人脑信息传输的过程。但计算ＫＣ时需要对序列作粗粒化。粗粒化过程很容易丢失许多有意义的细节。为此,本文提出一种新的复杂性测度,即Ｃ０复杂性。我们认为复杂运动时间序列是由规则运动部分时间序列及随机运动部分时间序列组成的,因此Ｃ０复杂性就被定义为随机运动部分时序与时间轴所围区域的面积与整个复杂运动时序与时间轴所围区域面积之比。Ｃ０复杂性测度在计算过程中避免了粗粒化,因而较之ＫＣ等复杂性测度能更好反映序列的动力学性质。计算Ｃ０复杂性的关键是怎样从一复杂运动时序中找到规则部分时间序列。     

寻找水稻DNA编码与非编码区边界方法的比较研究

在分析DNA序列复杂度、预测基因编码区和非编码的DNA边界识别等问题中,以熵为基础构造的离散量度量提供了一种强有力的工具。为改进寻找水稻基因编码与非编码区边界的效率,本文提出了两个新的离散量度量（α-KL离散量与α-Jensen-Shannon 离散量）,根据密码子的GC含量对氨基酸对应密码子构建了粗粒化向量。 比较了融合Jensen-Shannon 离散量、Jensen-Renyi 离散量、α-KL离散量和α-Jensen-Shannon 离散量等不同向量所获得的精度,结果表明,在对水稻基因编码区‘终止子’的识别效率上,构建的密码子粗粒化向量融合新引进的度量方法比Bernaola等人的方法(2000)提高了4~5倍。     

PAMAM和Amyloid蛋白相互作用的计算模拟

采用粗粒化的分子动力学模拟研究了Amyloid蛋白对树枝形分子(PAMAM)的影响,计算了在酸性和中性两种不同p H下,PAMAM分子与Amyloid蛋白不同距离下的回旋半径,形状因子以及径向分布函数.经分析发现Amyloid蛋白对PAMAM分子有较大影响,但树枝形分子内部空间不足以包裹Amyloid蛋白分子.自由能计算结果表明酸性p H条件下PAMAM分子无法吸附到Amyloid蛋白分子表面,而中性条件下二者却能形成稳定复合结构。     

脑电图复杂度分析中的粗粒化问题II.量化对复杂度计算的影响

在对生物医学信号时间序列进行复杂度分析时,粗粒化预处理有可能会造成丢失原始信号中所蕴含的信息,甚至在某些情况下根本改变原信号的动力学性质。用计算机计算时的量化过程也是一种粗粒化,民有这类问题。通过对近似熵和我们所定义的Ｃ０复杂度这两种复杂度在不同量化精度下对一些典型时间序列复杂度分析的比较研究,发现一秀说来量化精度对复杂度分析的影响不是很大,仅当时原始信号进行二值比等极端情况下,才会显著改变原信号     

脑电图复杂度分析中的粗粒化问题II.量化对复杂度计算的影响

在对生物医学信号时间序列进行复杂度分析时,粗粒化预处理有可能会造成丢失原始信号中所蕴含的信息,甚至在某些情况下根本改变原信号的动力学性质.用计算机计算时的量化过程也是一种粗粒化,因此也有这类问题.通过对近似熵和我们所定义的C0复杂度这两种复杂度在不同量化精度下对一些典型时间序列复杂度分析的比较研究,发现一般说来量化精度对复杂度分析的影响不是很大,仅当对原始信号进行二值化等极端情况下,才会显著改变原信号的复杂性.对脑电信号进行计算表明上述结论是实际可取的.     

基于神经网络的复介电常数重建算法

提出将一种神经网络的方法应用于微波断层成象,重建复的介电常数图象。微波断层成象发展了二十多年,仍然处于实验阶段,这是因为必须求解逆散射问题,它具有非适应性和非线性。为了改善其非适应性及非线性,引入适当的正则化过程并且应用神经网络的方法来求解这个问题。数值模拟实例证明了此方法的有效性。     

脑电图复杂度分析中的粗粒化问题 I.过分粗粒化和三种复杂度的比较

在对生物医学信号时间序列进行复杂度分析时,往往需要首先对原始信号进行粗粒化预处理。这种预处理有可能会造成丢失原始信号中所蕴含的信息,甚至在某些情况下根本改变原信号的动力学性质。本文提出了克服这一问题的一些途径,通过对若干种复杂度定义的比较研究,建议采用近似熵和我们所定义的Ｃ０复杂度作为复杂性度量。并以脑电的复杂性分析为例作了说明。     

芦苇湿地多时空尺度蒸散模拟研究进展

湿地蒸散是湿地水分损失的主要途径,由于其对气候变化的高度敏感性和重要的反馈作用而倍受关注。湿地蒸散过程可以分为叶片、植株、冠层、景观至区域等多种尺度,如何实现不同时空尺度的过程和参数耦合成为湿地蒸散研究的重点和难点。本文回顾了湿地蒸散模拟研究的发展历程,着重总结了芦苇湿地蒸散监测及模拟方面的技术和方法,并从不同时间尺度(日、月、年)和不同空间尺度(叶片、植株、冠层、区域)以及实现不同时空尺度拓展的关键技术研究等方面进行归纳和总结,探讨了今后的研究重点。实现不同时空尺度的芦苇湿地蒸散过程的准确模拟,关键在于大气-植被-土壤界面的参数耦合,而目前针对不同尺度的芦苇湿地蒸散参数化研究很少,因此,有必要探讨适合芦苇湿地多尺度蒸散模拟及参数化方法,为芦苇湿地蒸散评估模型的选择提供理论支持。     

表土孢粉模拟的中国生物群区：中国第四纪孢粉数据库小组

根据中国第四孢粉数据库提供的６４１个表土孢粉资料,利用孢粉生物群区化方法,建立了具有６８６个孢粉类群、３１类植物功能型和１４种生物群区的孢粉生物群区化模型。经过检验,该模型在模拟中国生物群区、生物群区垂直分异和水平梯度分析方面均取得理想结果。模拟已实现了计算机程序化,为重建过去地质历史时期的古生物群区和古气候分析,提供客观、准确的模型工具。     

分子模拟方法及其在分子生物学中的应用

常用的分子模拟方法有 :量子力学法、分子力学方法、蒙特卡洛法和分子动力学法。四种方法各有优势 ,共同成为分子模拟的组成部分。综述了分子模拟法在分子生物学中的应用 ,最后介绍了分子模拟的发展方向 ,并预测了其未来的发展趋势。常用的分子模拟方法有 :量子力学法、分子力学方法、蒙特卡洛法和分子动力学法。四种方法各有优势 ,共同成为分子模拟的组成部分。综述了分子模拟法在分子生物学中的应用 ,最后介绍了分子模拟的发展方向 ,并预测了其未来的发展趋势。     

植物光合生产力与冠层蒸散模拟研究进展

植物的光合与蒸腾的模拟已经从经验模型发展到过程模型的时代。概括地论述叶片和冠层尺度上,植物生理生态的基本过程,分析近年来几个有代表性的模型在模拟光合作用,蒸腾作用时,对这些听参数化处理的方法,即在叶片水平上,以Ｆａｒｑｕｈａｒ的叶片光合作用的生化模型,Ｂａｌｌ－Ｂｅｒｒｙ的气孔导度模型等为基础。     

科尔沁沙地农田沙漠化演变中土壤颗粒分形特征

研究了科尔沁沙地农田沙漠化过程中土壤的粗粒化和养分的贫瘠化特征 ,土壤颗粒分形维数的变化特征 ,以及分形维数与土壤性状的关系。结果表明 :土壤沙粒含量越高 ,土壤分形维数越低 ,表征农田沙漠化程度越高 ;土壤颗粒分形维数与土壤有机 C、全 N、粘粉粒含量之间存在显著的线性关系。说明分形维数能很好地表征农田沙漠化演变中土壤结构和养分状况以及沙漠化的程度 ,可作为评价土壤沙漠化演变的一项综合性定量指标。     

入侵杂草化感作用的细胞自动机模拟研究

细胞自动机模型(Cellular Automata Model,简称CA模型)是一种能够表现系统复杂行为的模拟方法,适于研究植物群落时空动态过程.本文利用CA模型,模拟具有化感作用的外来种入侵原有物种所构成植被的过程.模型由产生化感物质的外来种和两个对化感物质敏感性不同的本地种组合成不同类型的群落,利用化感物质作用下受体物种生物活性响应模型及种子扩散负指数分布模型,模拟外来杂草和本地种分布格局的时空动态变化.结果表明,外来种可成功地完全入侵由两个对化感物质敏感的本地种构成的群落空间,但对于由对化感物质敏感的一个本地种及对化感物质具有抗性的另一个本地种构成的群落,外来种只能够与本地种共存.     

蒙特卡罗模拟——遗传育种研究中的一个新工具

蒙特卡罗(Monte carlo以下简称MC)方法是一类通过随机变量的统计试验随机模拟求解数学、物理、工程技术、生物科学等问题近似解的数值方法,一般也称作统计试验方法,随机模拟方法。由于该方法是将由统计过程所确定的物理状态用随机数进行模拟,过去因计算工具的落后而阻碍了它的发展及广泛使用。六十年代以来,随着计算机的日益发展与普及,为MC方法提供了强有力的模拟工具,使这一方法在国际上越来越广泛地得到应用。 1957年Fraserr首次将MC模拟方法引进     

蒙特卡罗模拟—遗传育种研究中的一个新工具1)

蒙特卡罗（Monte Carlo以下简称MC ) 方法是一类通过随机变量的统计试验随机模拟 求解数学、物理、工程技术、生物科学等问题近 似解的数值方法,一般也称作统计试验方法, 随机模拟方法「11。由于该方法是将由统计过程 所确定的物理状态用随机数进行模拟,过去因 计算工具的落后而阻碍了它的发展及广泛使 用。六十年代以来,随着计算机的日益发展与 普及,为MC方法提供了强有力的模拟工具,使 这一方法在国际上越来越广泛地得到应用。     

外源途径凝血的抑制作用的模型与模拟(二)──TFPI的动力学影响

动力学模型化方法在凝血系统的研究中已经取得了丰硕的成果,文章将这一方法用于分析组织因子途径抑制剂对凝血系统的影响,得到的结论揭示了凝血过程是振荡的时间过程,并且它存在着多种稳定的终态。特别是稳定的周期振荡终态的存在在血液学研究中是一个十分有趣而重要的现象。同时由于主要结果与实验及临床相吻合,展示出模型化方法及数值模拟方法在凝血问题研究中的重要作用。     

基于氨基酸特征序列对人类Rh血型系统的蛋白质结构分析

利用代数学中同态思想和物理中的“粗粒化”思想,以及HP模型,根据a,t,c,g的化学结构分类,提出了DNA序列的特征序列概念（σ-,τ-,σ∩τ-）并推广到蛋白质序列中,从而给出一种数值刻划,将蛋白质序列简化成一个（0,1）序列,基于上述给出特征序列的方法,根据氨基酸分子量与简并度的关系,提出了另外一种DNA序列的特征序列概念（-）并推广到蛋白质序列中,进而给出了另外一种数值刻划,将蛋白质序列简化成一个（0,1,2）序列,通过比较RHD基因和RHCE基因的特征序列的数值刻划图,得出RHD基因和RHCE基因均偏爱使用低分子量且高简并度的氨基酸。     

论二次抽样以矫正多样性统计偏差的经典、发展与应用

稀疏标准化是定量古生物工作中矫正多样性统计偏差的常用方法。相比基于样本大小的传统稀疏化,基于采样充分度的改进能更忠实反映多样性信息。然而一些案例对于稀疏化的适用性不够重视,尤其是改进的方法鲜有国内文献介绍。本文阐述了稀疏化的原理,强调了应用的注意事项和改进方法的优势。稀疏化的原理是从大小不同的样本中二次抽样出彼此“公平”的子样本,以比较其分类单元丰富度。传统方法据样本大小衡量公平,改进的方法据采样充分度评估公平,要求子样本在群落中代表的个体频率总和相等。两种思路均可通过计算机模拟多次重复二次抽样或公式推导来计算,已有PAST和iNext等软件可以实现。采样是否充分代表了古生物群落是有效应用该方法的首要前提。