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mRNA三级结构局部碱基对螺旋参量对蛋白质折叠速率的影响

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内蒙古师范大学学报(自然科学版) 2025年第1期 81-91页

作者：彭诗雅李瑞芳宋鑫伟高姗田旭邓俊超内蒙古师范大学物理与电子信息学院

为研究局部碱基对螺旋参量对蛋白质折叠速率的作用机制，收集了100个具有实验折叠速率的蛋白质，通过计算获得各个蛋白质相对应的mRNA三级结构数据，筛选出其中的局部碱基对螺旋参量，深入研究这些参量与蛋白质折叠速率之间的相关性；... 详细信息

为研究局部碱基对螺旋参量对蛋白质折叠速率的作用机制，收集了100个具有实验折叠速率的蛋白质，通过计算获得各个蛋白质相对应的mRNA三级结构数据，筛选出其中的局部碱基对螺旋参量，深入研究这些参量与蛋白质折叠速率之间的相关性；将所选蛋白质按照折叠类型和二级结构进行分组，进而分析这些参量对不同类蛋白质折叠速率影响的差异。研究结果表明，蛋白质折叠速率与X-disp、Y-disp、h-Rise、Incl(η)、Tip(θ)和h-Twist六个参量存在不同程度的相关性，说明mRNA三级结构的局部碱基对螺旋参量在调控蛋白质折叠速率方面发挥了重要作用。

关键词： RNA三级结构局部碱基对螺旋参量蛋白质折叠速率相关性

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从量子跃迁观点对蛋白质折叠速率的统计分析

中国科学：生命科学 2015年第12期45卷 68-83页

作者：吕军罗辽复内蒙古工业大学理学院物理实验中心呼和浩特010051 内蒙古大学物理科学与技术学院理论物理研究室呼和浩特010021

理解蛋白质折叠速率是探明蛋白质结构和折叠机制物理基础的关键.蛋白质折叠速率的温度依赖关系是当前一个未解决的难题.假定蛋白质折叠是一个分子构象间的量子跃迁,导出了一个蛋白质折叠速率的解析公式.由此公式出发,计算了资料库中二... 详细信息

理解蛋白质折叠速率是探明蛋白质结构和折叠机制物理基础的关键.蛋白质折叠速率的温度依赖关系是当前一个未解决的难题.假定蛋白质折叠是一个分子构象间的量子跃迁,导出了一个蛋白质折叠速率的解析公式.由此公式出发,计算了资料库中二态蛋白质的折叠速率和研究了它们的温度依赖性.从第一性原理出发,对实验给出的16个二态蛋白质折叠速率的非阿列尼乌斯(non-Arrhenius)温度关系给予成功解释,进而预测了这些蛋白质解折叠速率的温度依赖关系.依据量子折叠理论,给出了一个预测二态蛋白质折叠速率的统计公式,用于65个蛋白的资料库,理论和实验比较的相关系数为0.73.此外,理论还给出了与实验结果一致的最大和最小折叠速率估计.

关键词：量子折叠蛋白质折叠速率温度依赖扭转模式数折叠自由能

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mRNA环结构对蛋白质折叠速率的影响

生物化学与生物物理进展 2018年第6期45卷 672-678页

作者：李瑞芳李宏郭春阳杨萨如拉内蒙古师范大学物理与电子信息学院呼和浩特010022 内蒙古大学物理科学与技术学院呼和浩特010021

前期的相关研究发现mRNA二级结构中存在对蛋白质折叠速率的重要影响因素.而mRNA二级结构中普遍存在着各种复杂的环结构,这些环结构是否对蛋白质折叠速率也有重要的影响呢?不同的环结构对蛋白质折叠速率的影响是否相同呢?基于此想法,建... 详细信息

前期的相关研究发现mRNA二级结构中存在对蛋白质折叠速率的重要影响因素.而mRNA二级结构中普遍存在着各种复杂的环结构,这些环结构是否对蛋白质折叠速率也有重要的影响呢?不同的环结构对蛋白质折叠速率的影响是否相同呢?基于此想法,建立了一个包含mRNA内部环、发夹环、膨胀环和多分支环等环结构信息和相应蛋白质折叠速率的数据库.对于数据库中的每一个蛋白质,计算了mRNA二级结构中各种环结构碱基含量、配对碱基含量及单链碱基含量等参量,分析了各参量与相应蛋白质折叠速率的相关性.结果显示,各种环结构碱基含量与蛋白质折叠速率均呈极显著或显著正相关.说明mRNA环结构对蛋白质折叠速率有重要的影响.进一步,把蛋白质按照不同折叠类型或不同二级结构类型分组后,对每一组蛋白质重复上述的分析工作.结果表明,对不同类蛋白质,mRNA的各种环结构对其相应蛋白质折叠速率的影响存在着显著差异.上述研究将为进一步开展有关mRNA和蛋白质折叠速率的研究奠定理论基础.

关键词： mRNA二级结构内部环发夹环膨胀环多分支环蛋白质折叠速率

蛋白质折叠速率与变性剂浓度关系的量子理论模型

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蛋白质折叠速率与变性剂浓度关系的量子理论模型

作者：李光耀内蒙古工业大学

学位级别：硕士

蛋白质折叠在生物学中是一个非常复杂的问题,蛋白质的折叠速率受到很多因素的影响,诸如温度、变性剂浓度、蛋白质的大小以及氨基酸组成等。从上个世纪30年代,我国科学家吴宪就提出了蛋白质的变性问题。多年来,为了研究蛋白质折叠的机制... 详细信息

蛋白质折叠在生物学中是一个非常复杂的问题,蛋白质的折叠速率受到很多因素的影响,诸如温度、变性剂浓度、蛋白质的大小以及氨基酸组成等。从上个世纪30年代,我国科学家吴宪就提出了蛋白质的变性问题。多年来,为了研究蛋白质折叠的机制,科学家们一直进行不懈的探索。在传统的研究中,通常使用经典力学基础上的分子动力学模拟来研究蛋白质折叠。主要的模型有折叠路径模型、折叠漏斗模型、框架模型和扩散-碰撞模型疏水核折叠模型等。罗提出了蛋白质折叠的量子理论,把蛋白质折叠看成是一构象量子跃迁过程。我们依据蛋白质折叠速率的一般公式,确定了两态蛋白质折叠率公式中的快变量因子Mā2,计算了65个两态蛋白质的折叠速率理论值,得到理论计算值和实验数据的相关系数为0.79;同时给出了微管蛋白质共振频率的理论公式,并估算出微管蛋白质共振频率为106Hz-107Hz,计算得到的理论值和实验值相吻合。依照折叠自由能和变性剂浓度的线性关系,得到了蛋白质折叠速率的公式,即蛋白质折叠速率对变性剂浓度的依赖关系的公式,我们根据实验数据确定了公式中的有关常数。一共研究了23个两态蛋白质,其中有15个蛋白质和实验数据相吻合,在整个过程每个变性剂浓度对应实验数据和理论计算结果基本拟合;能比较好的说明整个折叠过程。有6个蛋白质理论计算数据部分和实验数据吻合,有的在变性剂浓度较小时,理论数据和实验数据拟合较好,有的在变性剂浓度较大时,理论数据和实验数据拟合较好,只能部分说明折叠过程。结果表明,采用构象量子跃迁观点来研究蛋白质折叠问题是可行的,它为研究者理解蛋白质折叠机制提供新的想法。蛋白质折叠的量子折叠理论将为复杂的生物学研究领域,开辟一片新的领域。

关键词：蛋白质折叠速率量子跃迁理论两态蛋白质折叠

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蛋白质折叠速率的预测与应用分析

蛋白质折叠速率的预测与应用分析

作者：徐素杰内蒙古工业大学

学位级别：硕士

在基因组尺度上概览蛋白质进化、功能等特征与其折叠速率的关联性,对于深入理解“序列-结构-功能”这一蛋白质科学的中心问题具有重要意义。但受实验测量技术发展的局限,目前还不能产出蛋白质组规模的折叠速率实验数据,这使得我们对蛋... 详细信息

在基因组尺度上概览蛋白质进化、功能等特征与其折叠速率的关联性,对于深入理解“序列-结构-功能”这一蛋白质科学的中心问题具有重要意义。但受实验测量技术发展的局限,目前还不能产出蛋白质组规模的折叠速率实验数据,这使得我们对蛋白质折叠速率与物种及亚细胞定位之间的关系仍知之甚少。因此,首先构建一个高精度折叠速率预测模型,然后基于模型的预测结果来讨论此类问题,是一个可行的策略。本文基于这一策略开展了如下的工作。首先,假设蛋白质的折叠元件为天然态二级结构,对折叠元件的组织过程即为折叠。构造了表征折叠自由能垒高度的经验参数——二级结构数与非局域相互作用的耦合(coupling of secondary structure number and nonlocal interaction,CSNI),进一步按照过渡态理论构建了一个折叠速率预测模型。在现有实验资料集上检验,CSNI模型对折叠速率的拟合优度达到R=0.73,相关性优于现有的典型模型。其次,基于CSNI模型估计了涵盖古细菌、原核生物和真核生物的近30个物种的蛋白组折叠速率值,粗略地给出了不同分类学以及同一分类下的不同物种的蛋白质组的折叠时间尺度概览。同时我们也对大肠杆菌和酵母亚细胞定位蛋白质的折叠速率进行了分析。结果表明,1)从分类学角度看蛋白质组的平均折叠速率排序为:古细菌蛋白质折叠速率随进化加快的结论一致。2)按照折叠动力学类型将蛋白质分为二态和多态折叠后,在159个实验数据上分析,二态蛋白质折叠速率原核略大于真核,但差异不显著,多态蛋白质则是真核显著大于原核。但CSNI模型的估算结果是无论二态还是多态均保持了1)的排序。这可能与CSNI模型对二态蛋白折叠速率预测精度不高有关。3)大肠杆菌的4类亚细胞位置中,有3组位置之间的蛋白质折叠速率均值存在显著差异,而酵母的5类亚细胞位置之间蛋白质折叠速率均值均无显著差异,这可能是由酵母的多数蛋白质存在多定位情形导致的。综上,本文通过在实验资料集上构建折叠速率的精确预测模型,并应用该模型估算了多个物种蛋白质组的折叠速率分布,所得结论为研究蛋白质折叠与进化的关系提供了一些可借鉴的信息。

关键词：蛋白质折叠速率二级结构数非局域相互作用蛋白质组亚细胞定位

同义密码子的使用偏好性对蛋白质折叠速率的影响

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生物物理学报 2013年第8期29卷 603-613页

作者：于志芬李瑞芳内蒙古师范大学物理与电子信息学院呼和浩特010022

在现有蛋白质折叠速率数据库和相关文献的数据基础上,建立了一个较大的蛋白质折叠速率库,并在其中收集了相关的核酸序列的信息,然后计算了每一条蛋白对应的核酸序列的同义密码子使用度。在此基础上,对每类蛋白质分析了它们相应核酸序列... 详细信息

在现有蛋白质折叠速率数据库和相关文献的数据基础上,建立了一个较大的蛋白质折叠速率库,并在其中收集了相关的核酸序列的信息,然后计算了每一条蛋白对应的核酸序列的同义密码子使用度。在此基础上,对每类蛋白质分析了它们相应核酸序列同义密码子的使用度与蛋白质折叠速率之间的关系。结果表明,对于不同二级结构以及不同折叠类的每类蛋白质,都有一些密码子的使用偏好性与相应折叠速率显著相关。结果证实,在蛋白质折叠过程中,同义密码子的使用偏好性可能起着重要的作用。

关键词：同义密码子使用偏好性蛋白质折叠速率相关性

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mRNA的二级结构对蛋白质折叠速率的影响

生物物理学报 2014年第7期30卷 497-508页

作者：李瑞芳于志芬黄俏内蒙古师范大学物理与电子信息学院呼和浩特010022

建立了一个包含核酸序列信息的蛋白质折叠数据库。以此为基础,对于每一个蛋白质,计算了其相应编码mRNA序列的茎结构含量、环结构含量、折叠自由能及mRNA的柔性等描述mRNA二级结构特征的基本参量。进一步分析了这些mRNA二级结构参量与相... 详细信息

建立了一个包含核酸序列信息的蛋白质折叠数据库。以此为基础,对于每一个蛋白质,计算了其相应编码mRNA序列的茎结构含量、环结构含量、折叠自由能及mRNA的柔性等描述mRNA二级结构特征的基本参量。进一步分析了这些mRNA二级结构参量与相应蛋白质折叠速率的关系。结果表明,mRNA茎结构含量与蛋白质折叠速率呈显著负相关性,而环结构含量则与蛋白质折叠速率呈显著正相关性;同时,mRNA的柔性与相应蛋白质折叠速率呈极显著正相关性。进一步的分析表明,当把蛋白质分为不同二级结构类型和折叠类型后,mRNA的柔性对不同类型蛋白质的折叠速率均为重要的影响因素,而mRNA的茎结构含量和环结构含量主要影响二态蛋白质的折叠。结果证实,mRNA的二级结构对蛋白质的折叠有着重要作用。

关键词： mRNA 二级结构 mRNA柔性折叠自由能蛋白质折叠速率

基于序列和局部信息熵的蛋白质折叠速率预测模型

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工程数学学报 2010年第6期27卷 959-966页

作者：高建召胡刚王奎沈世镒南开大学数学科学学院与LPMC 天津300071

正确预测蛋白质折叠速率对理解蛋白质的折叠机制非常重要。本文从AAindex数据库中的531种残基物理化学性质、序列长度信息和局部结构信息熵中筛选特征,从而提出了一个基于蛋白质序列信息的线性回归模型。针对三种折叠机制two-state,mult... 详细信息

正确预测蛋白质折叠速率对理解蛋白质的折叠机制非常重要。本文从AAindex数据库中的531种残基物理化学性质、序列长度信息和局部结构信息熵中筛选特征,从而提出了一个基于蛋白质序列信息的线性回归模型。针对三种折叠机制two-state,multi-state和mixed-state,用Jackknife验证模型,预测的折叠速率和实验验证的折叠速率相关系数分别为0.790,0.829和0.778。本文结果表明四阶局部结构信息熵和折叠速率有很高的负相关性;蛋白质的长度和蛋白质的折叠速率成反比关系;螺旋的含量会加快蛋白质的折叠过程。对two-state蛋白质β折叠的含量会减慢蛋白质的折叠过程;和其他模型相比,我们提出的线性回归模型具有输入参数少,计算简单,平均绝对误差小的优点。

关键词：蛋白质折叠速率基因序列的预测方法局部结构信息熵线性回归

动力学接触序：基于量子跃迁的蛋白质折叠速率参数

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中国科学：生命科学 2010年第9期40卷 887-894页

作者：张颖罗辽复内蒙古大学物理科学与技术学院理论生物物珲研究室呼和浩特010021 内蒙古工业大学理学院物理实验中心呼和浩特010051

把蛋白质折叠看成多肽链上扭转态间的量子跃迁,依据构象动力学的量子理论,提出用接触残基间多肽链转动惯量和扭转势能来表征接触特性的动力学接触序,从而能定量地从动力学角度研究蛋白质折叠速率.在80个蛋白的数据集上实验,证实了构象... 详细信息

把蛋白质折叠看成多肽链上扭转态间的量子跃迁,依据构象动力学的量子理论,提出用接触残基间多肽链转动惯量和扭转势能来表征接触特性的动力学接触序,从而能定量地从动力学角度研究蛋白质折叠速率.在80个蛋白的数据集上实验,证实了构象量子跃迁观点的合理性并得到以下结论:(1)折叠速率与接触转动惯量之间存在显著相关性;(2)多态蛋白的折叠可以看成在同样转动惯量、温度等条件下的二态蛋白折叠基础上的中间态延迟,并估计了延迟时间的数量级;(3)折叠可以分为释能和吸能两类,蛋白质折叠速率上限由释能折叠决定,并导出大多数折叠速率大的二态蛋白的量子跃迁过程为释能反应,而折叠速率小的多态蛋白为吸能反应.

关键词：转动惯量动力学接触序蛋白质折叠速率