蛋白质折叠研究的热点

蛋白质折叠、结构和设计国际研讨会(International Workshop on Protein Folding，Structure and Design)于2001年6月11—22日在意大利Drieste，Abdus Salam国际理论物理中心(ICTP)召开．这次会议集中了当今蛋白质折叠研究的大多数知名学者，他们的工作比较全面地代表了目前国际上蛋白质折叠问题研究的前沿．这次会议大多数报告是关于蛋白质模型和它们的折叠机理．会议比较全面地反映了目前国际上蛋白质折叠问题研究的状况，以及未来蛋白质折叠研究发展的方向．目前蛋白质折叠的研究热点有两个方面：一是蛋白质模型的研究．这方面集中在简单的格点模型，主要内容有3个方面：(1)水分子影响．(2)侧链的影响．(3)拓扑结构研究．二是蛋白质折叠机理的研究，主要内容有：(1)热力学性质分析．(2)动力学过程的研究．(3)折叠初期研究．     

改进的遗传算法在蛋白质结构预测中的应用

摘要:为了提高蛋白质结构预测效率,针对蛋白质HP模型折叠问题,在标准遗传算法的基础上,本文提出了一系列改进的搜索策略:控制群体中全同体数目保持群体多样性;在交叉阶段实施单点交叉父子竞争提高个体生存竞争力;对最优个体实施系统变异局部优化等. 实验结果表明,与标准遗传算法相比,改进后的遗传算法较大幅度的提高了搜索效率和成功率,遗传算法在蛋白质空间结构预测上是一个有相当潜力的算法.     

基于遗传算法的蛋白质折叠模拟系统

在模拟蛋白质折叠的遗传算法基础上，采用晶格模型，设计了一个用于蛋白质折叠模拟的软件系统，并举例说明该系统的用法。该蛋白质折叠模拟系统可用于蛋白质折叠预测和蛋白质进化研究，并可为蛋白质分子设计提供重要信息。     

蛋白质折叠二维HP模型中的关联条件及其应用

蛋白质折叠是生物信息学中的一个重要问题，因为蛋白质是生物功能的主要承载者，几乎所有的生物功能都与蛋白质有关。在本文中，我们主要讨论了二维HP模型下蛋白质折叠中疏水核的关联关系，并利用关联关系避免了在求解蛋白质链的空间结构时陷入能量局部最小值，有效地找出了蛋白质的最低能量，同时，利用关联关系去除了大量的无效构象，进而提高搜索构象的收敛速度。     

同源α-螺旋结构蛋白质Im7和Im9的变性及折叠特性的研究

Im7和Im9是具有相似三维空间结构的同源蛋白质分子，这两种蛋白质的一级序列中有60％的残基成分相同，研究结果显示，Im7和Im9分子具有不同的稳定性和经历不同的折叠途径，为解释有关的实验事实，利用吸附反应动力学方法，分析了Im7和Im9两种蛋白质的变性过程和重折叠过程，结合Im7蛋白质和Im9蛋白质所具有的空间结构特性，对Im7和Im9蛋白质具有不同稳定特性和折叠途径存在差异的原因做了进一步的讨论和解释。     

β-折叠蛋白质的二维网格模型及其能带计算

根据β-折叠蛋白质电子传递机制，建立了一种蛋白质的二维网格模型，并计算了其能带结构，所得禁带宽度基本符合A．Szent-Gyioergyi提出的一般蛋白质禁带宽度标准（2～5eV）．     

蛋白质折叠的三维计算机模拟

介绍了计算机模拟蛋白质的三维模型,利用混合遗传算法对模型问题进行了模拟计算,获得了由２７个氨基酸残基组成的肽链的能量最小的折叠构象,计算结果表明,对于蛋白质折叠的三维晶格模型而言混合遗传算法是很有效的。     

蛋白质折叠的计算机模拟

介绍了计算机模拟蛋白质折叠问题的背景、模型和意义。在对模型问题采用Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ方法和单纯遗传算法得到能量最小构象的基础上,提出了适用的混合遗传算法,并通过计算机模拟试验对三种方法作了比较。     

从高分子构象与动力学到蛋白质折叠

针对作用在聚合物刷上的键拉力研究表明作用在接枝基面上的力随着聚合物刷接枝密度的增大反而减小,然而尾端单体上的拉伸张力并没有消失.高分子的构象和动力学转变决定了其物性和多种多样的应用,而生物大分子蛋白质作为由二十种不同属性的氨基酸构成的序列,更是具有由其序列所决定的特别的三维自然结构.本文就聚合物刷、聚合物纳米复合材料、聚合物网络等几种高分子体系的构象与动力学过程,及蛋白质构象和其折叠与去折叠的动力学过程做了介绍.特别是蛋白质的折叠与去折叠速率在单分子操纵实验中受到拉力的调控,通过测量这种拉力依赖的动力学过程、蛋白质的自由能曲面和折叠去折叠路径可以得到系统全面的研究.本文以肌肉蛋白titin的免疫球蛋白结构域I27为例对蛋白质折叠研究进行了阐述.     

蛋白质在溶液中构象转换的分子动力学模拟

将蛋白质的稳定和失活、折叠和去折叠等现象概括为蛋白质分子在溶液中的构象变化问题。采用非品格模型和Langevin分子动力学方法研究了无限稀释溶液及不同尺度和不同表面亲／疏水性球形限制性空间内β模型蛋白的构象分布及其转换特性。模拟结果显示：尺寸适度的疏水性空间有利于蛋白质结构发生缩塌,而亲水性空间有利于缩塌态蛋白质结构的稳定,且表面亲／疏水性的影响作用随着空间半径的增大而减弱。计算结果与实验报道一致,为研究蛋白质分子在溶液中的折叠和稳定化提供了理论工具。     

Respective roles of short-and long-range interactions in protein folding

A new method was presented to discuss the respective roles of short- and long-range interactions in protein folding. It‘s based on an off-lattice model, which is also being called as toy model. Simulated annealing algorithm was used to search its native conformation. When it is applied to analysis proteins lagt and laho, we find that helical segment catmot fold into native conformation without the influence of long-range interactions. That‘s to say that long-range interactions are the main determinants in protein folding.     

Personification algorithm for protein folding problem：Improvements in PERM

PERM is the most efficient approach for solving protein folding problem based on simple lattice model. In this article a personification explanation of PERM is proposed. A new version of PERM, population control algorithm with two main improvements is presented: one is that it is able to redefine the weight and its predicted value in PERM,and the other is that it is able to unify the calculation of weight when choosing possible branches. The improved PERM is more efficient than the previous version; specifically it can find the known lowest energy states for the four well-known difficult instances and is generally several to hundreds times faster than PERM. It is noteworthy that with the improved PERM we found new lowest energy configurations of three of the four difficult problems missed in previous papers.     

Mixed search algorithm for protein folding

0　IntroductionThedeterminationofthefoldingpathwayfollowedbyaproteinintheconformationalspacefromthedenaturedstatetothenativestructureisstillanunsolvedproblem .Itsdifficultyismainlyduetotheenormousextensionoftheconformationalspaceandtoitsexponentialgrowthwhenthelengthoftheproteinchainincreases.HowaproteinsolvestheLevinthalparadox[1 ] ,i.e.,howitfoldstoitsnativestructurewithoutanexhaustivesearchintheconforma tionalspace,hasbeenlargelydebatedinRef.[2 5 ].Thenatureofthedrivingforcesinducingtheco…     

How the “Folding Funnel” Depends on Size and Structure of Proteins？A View from the Scoring Function Perspective

It has been well accepted that the folding energy landscape may resemble a funnel according to the theory of protein folding. This theory of "folding funnel" has been extensively studied and thought to play an important role in guiding the sampling process of the protein folding and refinement in protein structure prediction. Here, we have investigated the relationship between the "funnel likeness" of protein folding and the size/structure of the proteins based on a set of non-homologous proteins we have recently evaluated using a statistical mechanicsbased scoring function ITScorePro. It was found that larger proteins that consist of more helix/sheet structures tend to have a higher score-Root Mean Square Deviation(RMSD) correlation(or a more funnel like energy landscape).Another measurement in protein folding, Z-score, has also shown some correlation with the size of the proteins.As expected, proteins with a better "olding funnel likeness"(or score-RMSD correlation) tend to have a betterpredicted conformation with a lower RMSD from their native structures. These findings can be extremely valuable for the development and improvement of sampling and scoring algorithms for protein structure prediction.     

Structure Characterization of the Folding Intermediates of Proteins

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＳｍａｌｌｓｉｎｇｌｅ ｄｏｍａｉｎ ｐｒｏｔｅｉｎｓｕｓｕａｌｌｙｕｎｆｏｌｄｒｅｖｅｒｓｉｂｌｙｂｙａｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｗｈｉｃｈｐａｒｔｉａｌｌｙ ｆｏｌｄｅｄｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｆｕｌｌｙｆｏｌｄｅｄ ,ｎａｔｉｖｅｓｔａｔｅａｎｄｔｈｅｆｕｌｌｙｕｎｆｏｌｄｅｄｓｔａｔｅａｒｅｎｏｔｓｔａｂｌｅａｔｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ .Ｕｎｄｅｒ ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ,ｓｏｍｅ ｐｒｏｔｅｉｎｓｈａｖｅｃｏｎｆｏｒ…