蛋白質(zhì)折疊高效蒙特卡洛模擬方法研究.pdf

1、蛋白質(zhì)工程是現(xiàn)代生物技術(shù)發(fā)展的前沿領(lǐng)域，其根本目的是要將天然存在的蛋白質(zhì)按照人們的設(shè)想進(jìn)行改造，或者根據(jù)需要設(shè)計(jì)出具有某種特殊功能的非天然的新蛋白質(zhì)。而這種改造和設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)之一是蛋白質(zhì)折疊結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)和研究。蛋白質(zhì)折疊結(jié)構(gòu)的形狀在很大程度上決定了其可能具有的生物學(xué)功能。這就是說(shuō)，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能之間是具有一致性的。因此對(duì)蛋白質(zhì)折疊結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)和研究在蛋白質(zhì)工程中有著極其重要的意義。
　　本文利用隨機(jī)過(guò)程，隨機(jī)優(yōu)化等相關(guān)理論知識(shí)對(duì)模擬

2、退火算法，Wang-Landau蒙特卡洛方法等進(jìn)行理論分析;在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)及改進(jìn)出更高效的并行模擬退火算法去搜索蛋白質(zhì)最小能量及其構(gòu)型，并利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)思想處理此算法的中間結(jié)果和最終結(jié)果，以求得所要的最小能量，最終確定蛋白質(zhì)折疊研究的能量區(qū)間;最后，在前面可確定的蛋白質(zhì)系統(tǒng)能量范圍內(nèi)，研究和設(shè)計(jì)高效的蛋白質(zhì)折疊并行Wang-Landau蒙特卡洛方法，實(shí)現(xiàn)模擬仿真在此能量空間的自由行走，從而可利用獲得的系統(tǒng)的狀態(tài)密度函數(shù)等信息，用以研究蛋白

3、質(zhì)折疊的整個(gè)熱動(dòng)力學(xué)過(guò)程。
　　本文研究應(yīng)用于蛋白質(zhì)折疊的高效蒙特卡洛模擬方法，主要研究特色概括如下:
　　(1).提出了兩種高效的并行模擬退火算法—并行群體模擬退火算法(PGSA)和新并行模擬退火算法(NPSA):針對(duì)蛋白質(zhì)能量空間巨大、能量范圍未知、低能量值難以獲取的情況，在相關(guān)理論分析基礎(chǔ)上，本文提出了兩種高效的并行模擬退火算法PGSA和NPSA用以搜索蛋白質(zhì)最小能量及其構(gòu)型，從而確定蛋白質(zhì)系統(tǒng)的能量范圍區(qū)間。