1、研究賦予生物功能的自然構象以及形成這些構象的機理與力學性質是十分重要的,因為它是了解生物體的基礎。在這個基礎上,人們才能根據(jù)分子序列中包含的豐富信息對其結構進行正確的預測,尋找到結構和功能之間的聯(lián)系。本文主要對蛋白質分子、DNA分子和緊密高分子的構象與序列進行理論分析和模擬計算,通過對這些大分子的折疊構象性質與力學性質的研究,有助于加深對生物大分子結構的認識。
　　 第二章中,采用粗粒化模型,研究了不同蛋白質分子中20種氨基酸形

2、成遠程和近程緊密接觸對的能力。發(fā)現(xiàn)疏水性氨基酸容易形成遠程緊密接觸對,反之親水性氨基酸不易形成遠程緊密接觸對；而對近程緊密接觸對來說,它的形成能力不會根據(jù)氨基酸殘基親疏水性的改變而改變,更大程度上依賴于蛋白質的一維序列,即氨基酸的排列順序,而不是蛋白質的三維結構,因此在研究蛋白質的折疊過程及其穩(wěn)定性時,遠程緊密接觸對有著更加重要的意義。此外,用氨基酸重心替代CΩ碳原子的方法研究了(α/β)8桶狀蛋白質,同樣也發(fā)現(xiàn)了疏水性氨基酸對遠程緊密

3、接觸對形成的重要貢獻。還采用簡化的二維HP緊密高分子鏈模型研究其在折疊過程中的構象變化。采用精確計數(shù)法,計算緊密高分子鏈在折疊的不同階段其尺寸大小及分布情況。最后研究了428種球狀蛋白質形成緊密接觸對的統(tǒng)計規(guī)律,并進行蛋白質二級結構的預測。發(fā)現(xiàn)不同折疊類型的蛋白質有著不同的緊密接觸對的形成能力,全α型蛋白質比較容易形成近程緊密接觸對,而β型的更容易形成遠程緊密接觸對,α/β和α+β型性質比較接近。我們可以據(jù)此了解蛋白質的球狀結構情況,判

4、斷不同的折疊類型,也可以證明α螺旋和β折疊在形成蛋白質穩(wěn)定結構中的重要作用。這些研究工作為我們認識蛋白質結構,解決蛋白質的折疊過程提供了一條新的途徑。
　　 隨著核酸序列數(shù)據(jù)爆炸式的增長和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,為我們提供了豐富的資源信息,使我們可以從這些現(xiàn)有的大量DNA數(shù)據(jù)中發(fā)掘出那些隱藏著的對于基因組進化機制有用的信息。因此在第三章中,采用DNA行走的方法討論了DNA序列中遠程相關性和幾何拓撲性質,通過計算參量均方距離＜R2(l)＞、

5、位移變化的均方根F(l)和自相關函數(shù)C(l)分別得到＜R2(l)＞～lγ,F(l)～lHγ,和C(l)～l-μ這樣的標度關系,證實DNA序列中存在著幾何分形這樣的物理事實。此外,還研究了DNA序列中CG團簇的標度行為與編碼和非編碼序列的關系,通過分析分布函數(shù)P(S)和ξ(m),發(fā)現(xiàn)它們具有很好的標度行為P(s)∝ e-αs和ξ(m)∝m-γ,通過討論指數(shù)α和γ可以很簡便地區(qū)分出編碼序列和非編碼序列。同時還發(fā)現(xiàn)編碼序列的性質更加接近于隨機

6、序列,說明非編碼序列中包含著更加豐富的生物信息,這些為深入研究DNA分子中的序列信息提供了理論依據(jù)。
　　 第四章中,采用Monte Carlo方法和鍵長漲落模型分析了在拉伸過程中吸附高分子鏈的構象變化,發(fā)現(xiàn)強吸附作用對彈性過程的重要影響。此外,緊密高分子作為蛋白質分子的簡化模型,通過內部緊密接觸對的相互作用,可以形成空間上的緊密結構。簡化后的模型不僅能粗略體現(xiàn)蛋白質分子的統(tǒng)計性質,而且這種模型也可以更加方便地運用于計算機模擬之

7、中。因此,我們采用完全計算法研究了二維緊密高分子模型中緊密接觸對的形成速率。發(fā)現(xiàn)形成速率與鏈長之間可以近似滿足K(N)∝N-α,其中指數(shù)α不僅與緊密接觸對半徑α、序列類型有關,還與所選用的緊密接觸對能量數(shù)值相關。通過與完全計算法和PERM算法的結合,計算了鏈的形狀因子＜δ＞,回轉張量半徑S,均方回轉半徑＜S2＞,均方末端距＜R2＞等,討論了在不同吸附空間下(如單一吸附面、平行板吸附面和無限長吸附通道)緊密高分子鏈的構象性質。希望這些粗略