基于粗顆粒模型的細(xì)胞內(nèi)大分子相互作用網(wǎng)絡(luò)研究.pdf

1、細(xì)胞是生命的基本單位，對(duì)細(xì)胞的深入研究是揭開(kāi)生命奧秘、征服疾病和造福人類(lèi)的關(guān)鍵。細(xì)胞內(nèi)含有蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子，這些大分子進(jìn)行一系列復(fù)雜而又精密的生化反應(yīng)和生理過(guò)程，形成了細(xì)胞內(nèi)大分子相互作用網(wǎng)絡(luò)。為了同步、直接的觀(guān)察和研究這一作用網(wǎng)絡(luò)，理論生物學(xué)家們構(gòu)建了不同的虛擬細(xì)胞模型，但是有些模型太粗糙導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確，有些模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)接近，但計(jì)算量大計(jì)算耗時(shí)，無(wú)法推廣應(yīng)用到更深層次上的細(xì)胞研究中。
　　 本論文在前人研究基

2、礎(chǔ)上，引入了靜電作用和疏水作用項(xiàng)，構(gòu)建了含206種最小蛋白質(zhì)組的大腸桿菌粗顆粒細(xì)胞質(zhì)模型和細(xì)胞模型，通過(guò)建立驗(yàn)證模型進(jìn)行擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)分析，證明了構(gòu)建的模型不僅計(jì)算量相對(duì)較小而且結(jié)果與前人實(shí)驗(yàn)和理論研究相近，能正確描述細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，對(duì)于深入了解細(xì)胞內(nèi)生理變化，進(jìn)而探索生命奧秘具有非常重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本論文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　 1.使用大腸桿菌最小蛋白質(zhì)組的206種蛋白質(zhì)構(gòu)建細(xì)胞質(zhì)粗顆粒模型

3、，通過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)不同pI值下206種蛋白質(zhì)的種類(lèi)數(shù)和總個(gè)數(shù)均呈雙峰分布;而蛋白質(zhì)在pH=7時(shí)的靜電荷則與蛋白質(zhì)的質(zhì)量呈負(fù)的線(xiàn)性相關(guān)關(guān)系，即大部分帶正電荷的蛋白質(zhì)，其分子質(zhì)量都比較小，而分子質(zhì)量越大的蛋白質(zhì)，可能帶越多的負(fù)電荷。
　　 2.基于郎之萬(wàn)方程，對(duì)構(gòu)建的11個(gè)細(xì)胞質(zhì)模型使用NAMD軟件進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間尺度布朗動(dòng)力學(xué)模擬，利用CHARMM、Mathematica和Python等程序編程輔助進(jìn)行模擬結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)細(xì)胞中蛋

4、白質(zhì)之間形成了復(fù)雜的相互作用網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。
　　 3.研究正常濃度蛋白質(zhì)組模型NM1-3、M8、M16的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和碰撞行為，進(jìn)一步分析蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)的分布特征和規(guī)律，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)分子質(zhì)量和電荷影響其擴(kuò)散性質(zhì)，蛋白質(zhì)的擴(kuò)散常數(shù)隨荷質(zhì)比增大而增大;細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的平均碰撞數(shù)隨絕對(duì)電荷的增大而增大，越接近電中性的蛋白質(zhì)，其碰撞幾率也越低。
　　 4.分子之間直接或間接的接觸會(huì)形成聚類(lèi)，聚類(lèi)的形狀和大小反映了相互作用網(wǎng)絡(luò)的空間

5、分布，通過(guò)隨機(jī)濃度蛋白質(zhì)組模型RM1-6與正常濃度模型NM1-3對(duì)比，發(fā)現(xiàn)正常濃度模型的聚類(lèi)平均值最大，細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)維持合適的濃度比例有利于形成穩(wěn)定的聚類(lèi)，隨著時(shí)間變化，聚類(lèi)的大小有輕微的波動(dòng)，說(shuō)明蛋白質(zhì)作用網(wǎng)絡(luò)處于一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡中。
　　 5.在細(xì)胞質(zhì)模型基礎(chǔ)上引入RNA和環(huán)狀DNA分子，構(gòu)建大腸桿菌虛擬細(xì)胞模型，采用相同的模擬和分析方法，驗(yàn)證了蛋白質(zhì)濃度及電荷對(duì)蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)運(yùn)動(dòng)和相互作用的影響，該結(jié)論可以推廣應(yīng)用到整個(gè)細(xì)胞。