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基于DOT蛋白质—DNA对接研究 　　摘要：采用大分子对接程序DOT对20个具有代表性的蛋白质-DNA体系进行对接，对对接结果就各打分项与体系中的带电性问题和构象变化问题之间的具体关系进行分析。结果表明，采用DOT对大部分蛋白质-DNA体系都找到了精确度较高的对接结果；范德华能和静电能对DOT组合能的贡献反映了蛋白质-DNA体系的天然特性；对接面上允许的碰撞原子个数（NB参数）与蛋白质和DNA结合前后溶剂可达表面变化面积（ASA）呈正比关系。 　　关键词：蛋白质-DNA对接；DOT；构象变化 　　中图分类号：Q615 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）23-5889-05 　　蛋白质和DNA是构成生命体最为重要的两类生物大分子，在基因表达调控、蛋白质翻译和细胞分裂等过程中发挥着极其重要的作用[1]。通过研究蛋白质-DNA复合物的相互作用可以了解核酸在生物学过程中所发挥的基础作用，还可以为设计针对核酸的药物提供参考[2]。但是，通过试验方法直接测定蛋白质-DNA复合物结构仍相当困难[3]，截至2012年10月28日，蛋白质数据库（Protein data bank，PDB）中数据总数已超过80 000个，而其中蛋白质-DNA复合物结构却不足2 500个，如果考虑结构之间的同源性，则保留下来的结构就更少了。因此分子对接作为重要的复合物结构预测模拟方法之一，可为复合物结构预测提供有益的参考依据[4，5]。 　　目前，关于蛋白质-蛋白质对接，蛋白质-DNA对接的研究进展缓慢。主要困难在于：第一，缺乏蛋白质的氨基酸和DNA的碱基对之间有关识别模式的信息[6]；第二，DNA的带电性更加复杂，尤其是核糖磷酸盐骨架的带电性问题大大增加了评估系统静电能量稳定性的难度；第三，核酸在结合过程中发生的构象变化比较大。在蛋白质跟核酸的结合过程中，除了蛋白质的边链会发生构象变化外，DNA的螺旋结构也有可能发生全局的构象变化，例如弯曲和解螺旋[7]。 　　本研究把大分子对接程度DOT应用在蛋白质-DNA的对接中，并对对接结果进行分析，目的在于找出具有普遍意义的蛋白质-DNA对接方法中各打分项与体系中的带电性问题和构象变化问题之间的具体关系，以期有助于今后研究具有更高精确度的蛋白质-DNA对接方法。 　　1 材料与方?? 　　1.1 DOT程序介绍 　　DOT是由Mandell等[8]开发的适用于大分子快递对接的程序。它的打分项只包含范德华能和静电能2项，通过运用卷积定理分别把静电能函数和范德华能函数改写成相关函数形式，再引入傅里叶变换把计算复杂度从N2降至NlogN，由此得到的高效DOT特别适合应用于研究蛋白质-DNA此类比较大的复合物体系上。此外，由于蛋白质-DNA体系中DNA的强带电性以及在结合过程中发生的构象变化[9]会分别反映在静电能和范德华能2个打分项上，因此选用DOT对蛋白质-DNA体系进行对接，对后续的结果分析更有针对性。 　　1.2 试验数据来源及预处理 　　本研究从Van Dijk等[10]的蛋白质-DNA数据集中选取了具有代表性的20个体系进行分析。根据蛋白质和DNA对接时发生构象变化的程度，这些体系被划分为低、中、高3个不同级别的难度。这个数据集包含了蛋白质和DNA的结合态与非结合态结构，有利于研究蛋白质-DNA对接过程中发生的柔性变化。其中，对于非结合态和结构不完整的结合态DNA，用3DNA程序[11]按照B型双螺旋结构对DNA进行修补，由于这些缺失的碱基一般出现在DNA双链的两端，因此不会对后续的对接产生影响。为了模拟化合物中氢键所产生的作用，用REDUCE程序[12]为受体和配体加上极性氢原子。为了检验不同体系在结合过程中受静电能和范德华能影响的差异，选取在规模方面具有代表性的体系进行试验，具体表现为带电性和溶剂可达表面积（ASA）这两个体系参数的差异度上，具体见表1。从表1中可以看到，1bdt、1f4k、1tro等体系都具有比较强的带电性，而ASA值则相对较小；相反，1rva、2fl3、2oaa等体系中复合物的ASA值比较大，而体系的带电性则相对较小。 　　1.3 试验方法 　　本试验对选取的20个蛋白质-DNA体系中蛋白质和DNA的结合态以及非结合态结构进行了不同的组合，分别是蛋白质和DNA的结合态-结合态（B/B）、结合态-非结合态（B/U）、非结合态-结合态（U/B）以及非结合态-非结合态（U/U）。另外，对每个体系的所有组合在对接面上允许的碰撞原子个数参数进行调整，以观察蛋白质-DNA体系在对接过程中所发生的构象变化程度。所有体系都以蛋白质为受体，DNA为配体，在刚性对接阶段配体围绕受体每次旋转6 °进行采样，最后得到54 000个构象结果，并以DOT复合打分函数对这些