蛋白-蛋白对接中打分函数的评估及优化文献综述

 2023-01-05 07:01

[研究的目的和意义]

蛋白-蛋白对接(protein-proteindocking)是计算机辅助药物设计中的重要方法之一。利用该技术可以得到那些在很难在实验中获得的复合物的结构。并且通过研究蛋白-蛋白之间的相互作用模式,对设计可能的靶向蛋白-蛋白相互作用小分子抑制剂也是非常有帮助的。为推动蛋白-蛋白对接方法和打分方法的发展,欧洲生物信息学中心举办了蛋白质-蛋白质复合物结构预测竞赛(CriticalAssessmentofPredictionofInteractions,CAPRI),对蛋白质-蛋白质分子对接和打分方法的研究和发展起到了极大的推动作用。目前,国际上该领域的许多小组都在发展自己的打分函数,然而,从历次CAPRI竞赛结果看,参赛小组提交预测结构的排序结果仍然在一定程度上缺乏可靠性,因此设计一个更加有效的打分算法是很有必要的。

蛋白-蛋白对接是在已知两个蛋白结构的基础上,预测其复合物的三维结构,是研究蛋白质间相互作用与识别的计算机模拟方法。从热力学角度来看,蛋白质分子间的识别和相互作用是一个热力学平衡的过程,其形成的稳定复合物构象是结合自由能最低的构象。因此,采用结合自由能来评价通过对接得到的复合物结构是最直接的方式。然而,在实际的对接过程中,由于蛋白分子的平动、转动和柔性会产生大量的构象,通过计算每个构象的结合自由能来对受体与配体结合的合理性做出评价受到将受到计算能力的约束。因此,采取更为简单的方法评价对接产生的构象变得非常有意义。在蛋白-蛋白对接中,我们把对构象进行评价的函数称为打分函数。

打分函数一般分为三类:基于物理的能量函数、基于经验函数和基于知识的函数。基于物理的能量函数利用热力学主方程进行自由能计算。经验函数则考虑了多种因素的贡献,如残基成对偏好性、几何互补性及静电、氢键、疏水相互作用能等,以适当的权重把各项组合起来。基于知识的函数是用统计方法分析已有的蛋白质结构数据库得到的,诸如残基-残基接触势和原子-原子接触势等。如何构造打分函数来有效地区分正确与错误结合模式一直是人们研究分子对接中的难点,进一步发展准确快速的打分函数是也是当前重要的目标之一。提高打分函数的精确性和计算的效率,对进一步发展蛋白分子对接有着至关重要的作用。

[拟研究或者解决的问题]

1.阅读相关文献,总结几种重要的蛋白-蛋白对接的方法。

2.系统评估现有蛋白-蛋白对接中的常用四种打分函数对蛋白-蛋白复合物构象的识别能力(zrank、dDFIRE、Firedock和SPIDER)。

3.评价不同能量项对打分函数的重要性,尤其是溶剂效应和熵效应。

4.对两种蛋白-蛋白打分函数进行整合和优化(例如使用组合策略,用机器学习的方法来优化各个能量项的权重,加入新的项),提高其预测能力。

[研究手段及文献综述]

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