本文選題：生物大分子相互作用 + PGRN與TNFR的結(jié)合模式　； 參考：《山東大學(xué)》2012年碩士論文

【摘要】：研究機(jī)體中各種生物大分子的相互作用方式,是理解生命活動(dòng)基本機(jī)制的基礎(chǔ),以調(diào)控生物學(xué)活性的受體為靶位的肽類或模擬肽類配基藥物研發(fā)是生物學(xué)和醫(yī)學(xué)中最領(lǐng)先的研究領(lǐng)域之一。分子動(dòng)力學(xué)模擬作為一種重要的重要工具,可以模擬生物大分子體系的運(yùn)動(dòng)行為、構(gòu)象改變機(jī)制以及研究分子及其配體、分子各組成部分之間的相互作用,解釋和闡明生物大分子的序列信息以及微觀尺度上復(fù)雜的、動(dòng)態(tài)的生物過程,以傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),在更深層次上解決相關(guān)的科學(xué)問題,彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不足,目前已廣泛應(yīng)用于蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子微觀尺度的結(jié)構(gòu)與功能研究之中。 生物大分子之間的識(shí)別/結(jié)合/催化等過程一般都是發(fā)生在微秒時(shí)間尺度甚至更長(zhǎng)時(shí)間,而分子動(dòng)力學(xué)模擬需要利用飛秒時(shí)間步長(zhǎng)來模擬計(jì)算才可精確刻畫分子運(yùn)動(dòng)過程,消耗的計(jì)算資源是普通個(gè)人計(jì)算機(jī)與工作站所無法提供的,必須利用大型集群的眾多處理器進(jìn)行并行計(jì)算,來實(shí)現(xiàn)幾萬原子至百萬原子病毒體系的數(shù)億步計(jì)算模擬任務(wù),完成分析關(guān)鍵蛋白質(zhì)分子的動(dòng)力學(xué)行為,細(xì)胞膜表面配體受體間的結(jié)合過程及其機(jī)理以及病毒衣殼蛋白質(zhì)體系的組裝動(dòng)力學(xué)過程等。然而,在這些實(shí)際應(yīng)用首先要面臨的一個(gè)問題就是如何合理的完成計(jì)算模擬任務(wù)在并行集群上的部署優(yōu)化,構(gòu)建完整的分子動(dòng)力模擬研究平臺(tái),充分利用大型集群計(jì)算資源,高效地完成研究工作。 本文首先基于MOSIX2并行操作系統(tǒng)構(gòu)建了計(jì)算能力為千億次PC集群,利用NAMD軟件進(jìn)行了萬原子體系皮秒時(shí)間尺度的分子動(dòng)力學(xué)模擬部署測(cè)試；隨后利用了山東大學(xué)(山東省)高性能計(jì)算中心的浪潮TS10000十萬億次集群,完成了萬原子體系納秒時(shí)間尺度的部署測(cè)試；最后在國(guó)家超級(jí)計(jì)算濟(jì)南中心使用了神威4000A百萬億次集群以及“神威藍(lán)光”千萬億次超級(jí)計(jì)算機(jī),使用NAMD和GROMACS軟件完成了萬原子體系近微秒級(jí)以及百萬原子納秒級(jí)的超大規(guī)模的部署測(cè)試,并完成了同時(shí)利用近十萬處理器核心的副本交換分子動(dòng)力學(xué)模擬測(cè)試分析。從整個(gè)部署測(cè)試結(jié)果來看,普通小型集群適于做分子動(dòng)力學(xué)模擬任務(wù)的 一些準(zhǔn)備工作,如模型的構(gòu)建、參數(shù)的優(yōu)化等,而十萬億次集群上適合運(yùn)行小體系的計(jì)算模擬以及大體系的計(jì)算模擬準(zhǔn)備工作,對(duì)超大體系則必須要部署到百萬億次及千萬億次集群上,利用大規(guī)模的計(jì)算資源在可接受的時(shí)間范圍內(nèi)完成模擬任務(wù)。 分子動(dòng)力學(xué)模擬所得數(shù)據(jù)是在分子中每一個(gè)原子在三維空間中隨時(shí)間的運(yùn)動(dòng)軌跡,所以只有三維圖像才能有效地表示這些大分子所包含的信息,而以往專業(yè)的可視化技術(shù)與設(shè)備都是極其昂貴的,所以本論文基于廉價(jià)的3D VISION圖形解決方案,搭建了生物大分子3D顯示與分析平臺(tái),用于分析自身免疫性疾病相關(guān)蛋白質(zhì)分子識(shí)別的動(dòng)態(tài)機(jī)理。 基于已有的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),生長(zhǎng)因子(PGRN)可以結(jié)合于腫瘤壞死因子受體(TNFR),從而抑制TNF-a介導(dǎo)的致炎效應(yīng),本論文通過動(dòng)力學(xué)模擬確定了PGRN與TNFR2的結(jié)合模式與決定PGRN與TNFR2結(jié)合的關(guān)鍵氨基酸。通過構(gòu)建PGRN虛擬突變體,計(jì)算模擬進(jìn)一步證實(shí)PGRN結(jié)合TNFR2并發(fā)揮抗炎功能對(duì)這些氨基酸的依賴性和靜電作用介導(dǎo)的PGRN/TNFR2結(jié)合模式。本研究深入探討PGRN結(jié)合TNFR2根本原因,加深了對(duì)PGRN/TNFR2的分子識(shí)別過程的認(rèn)識(shí),同時(shí)也為進(jìn)一步研究PGRN調(diào)控TNFR2信號(hào)途徑的分子機(jī)制和Atsttrin等PGRN來源的新靶位藥物設(shè)計(jì)提供結(jié)構(gòu)學(xué)方面的參考與依據(jù),促進(jìn)以TNFR2為靶位、以PGRN為模板抗炎藥物的臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化,增強(qiáng)我國(guó)原創(chuàng)性重組蛋白藥物的開發(fā)能力。
[Abstract]:The study of the interaction of various biological macromolecules in the body is the basis for understanding the basic mechanism of life activities. The research and development of peptides and analogue ligand drugs targeting the receptors of biological activities is one of the most leading research fields in biology and medicine. Molecular dynamic simulation as an important and important tool can be used as an important tool. In order to simulate the motion behavior of the biological macromolecular system, the mechanism of conformation change and the interaction between the molecules and their ligands and the components of the molecules, the sequence information of the biological macromolecules and the complex and dynamic biological processes on the micro scale are explained and explained on the basis of the traditional experimental data, and the correlation is solved on the deeper level. The scientific problems, which make up for the deficiency of traditional experimental technology, are now widely used in the study of the structure and function of the microscale of biological macromolecules, such as protein, nucleic acid and other biological macromolecules.
The process of recognition / binding / catalysis between biological macromolecules usually occurs at microsecond time scales or even longer, and molecular dynamics simulation needs to simulate calculation by using femtosecond time step length to accurately depict the molecular motion process. The computational resources consumed are not provided by ordinary human computers and workstations. Using a large number of processors in a large cluster to carry out parallel computing to achieve hundreds of millions of simulation tasks of the tens of thousands of atom to millions of atomic viruses, the dynamic behavior of the key protein molecules, the binding process between the ligand receptors on the cell membrane surface and its mechanism, and the assembly kinetics of the virus capsid protein system are completed. However, one of the first problems to be faced with in these practical applications is how to optimize the deployment of computational simulation tasks on a parallel cluster, build a complete platform for research on molecular dynamics simulation, make full use of the computing resources of large clusters, and efficiently complete the research work.
This paper first builds a computing power of hundreds of billions of PC clusters based on the MOSIX2 parallel operating system, and uses NAMD software to carry out the molecular dynamics simulation deployment test of the picosecond time scale of the ten thousand atomic system, and then uses the wave of the high performance computing center of the Shandong University (Shandong) to complete the ten million atomic system, which has completed the ten thousand atomic system. The deployment test of nanosecond time scale; finally, using the Shen Wei 4000A million billion times cluster and the "Shen Wei blue light" supercomputer in the National Supercomputing Ji'nan center, using NAMD and GROMACS software to complete the large scale deployment test of the near microsecond level of the ten thousand atom system and the million atom nanosecond level. At the same time, using the replica exchange molecular dynamics simulation test analysis at the core of nearly one hundred thousand processors, the general small cluster is suitable for the task of molecular dynamics simulation from the result of the whole deployment test.
Some preparations, such as the construction of the model, the optimization of the parameters, and the computing simulation for running small systems in the one hundred thousand billion cluster and the computing simulation preparation for the large system, must be deployed to the million and the millions of billions of clusters on the super large system, and the computing resources of the large rules can be completed within the acceptable time range. Simulation task.
The data obtained by molecular dynamics simulation are the trajectories of each atom in the three-dimensional space with time, so only three dimensional images can effectively express the information contained by these large molecules, and the previous professional visualization technology and equipment are extremely expensive, so this paper is based on the cheap 3D VISION graphical solution. A 3D display and analysis platform for biological macromolecules has been set up to analyze the dynamic mechanism of molecular recognition of proteins related to autoimmune diseases.
Based on the previous experiments, the growth factor (PGRN) can bind to the tumor necrosis factor receptor (TNFR) and inhibit the inflammatory effect mediated by TNF-a. In this paper, the binding mode of PGRN and TNFR2 and the key amino acids that determine the binding of PGRN to TNFR2 are determined by dynamic simulation. The simulation is further proved by the construction of a PGRN virtual mutant. Real PGRN combined with TNFR2 and exerts the PGRN/TNFR2 binding mode mediated by anti-inflammatory function to these amino acids and electrostatic action. This study deepened the understanding of the fundamental cause of PGRN binding to TNFR2, deepened the understanding of the molecular recognition process of PGRN/TNFR2, and further studied the molecular mechanism and Atsttrin of the PGRN regulation of TNFR2 signal pathways. The new target drug design, such as PGRN, provides the reference and basis for structural studies, and promotes the transformation of TNFR2 as the target, the clinical application of PGRN as a template anti-inflammatory drug, and the enhancement of the development ability of the original recombinant protein in our country.

【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：R373

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 徐海英,趙志剛,劉楣;磁通運(yùn)動(dòng)的電壓噪聲頻譜分析和動(dòng)力學(xué)相變[J];物理學(xué)報(bào);2005年06期

2 段毅,吳保祥,鄭朝陽(yáng),王傳遠(yuǎn),張輝,陶明新,劉金鐘,張小軍;山西沁水盆地煤生烴動(dòng)力學(xué)研究[J];科學(xué)通報(bào);2005年13期

3 閆法堂;呂嶸;;準(zhǔn)噶爾盆地南緣前陸盆地中—新生代沉降埋藏史模擬[J];內(nèi)蒙古石油化工;2006年06期

4 梁逸曾,卓尚炯,董有方,夏萌;日本血吸蟲病的傳播動(dòng)力學(xué)模型(Ⅲ)——流行模式的轉(zhuǎn)化規(guī)律及計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬[J];湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1992年04期

5 熊永強(qiáng),耿安松,劉金鐘;煤成甲烷碳同位素分餾的動(dòng)力學(xué)模擬[J];地球化學(xué);2004年06期

6 代榮陽(yáng),周志遠(yuǎn),李洪;細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的復(fù)雜性及其動(dòng)力學(xué)模擬研究[J];瀘州醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào);2005年03期

7 張懷德;劉志華;;固-液流體介質(zhì)的熱傳導(dǎo)性能研究[J];中國(guó)科技信息;2008年01期

8 曹贊霞;王吉華;;比較不同分子力場(chǎng)對(duì)H1小肽結(jié)構(gòu)特征的描述[J];生物物理學(xué)報(bào);2009年S1期

9 張海祖;耿安松;熊永強(qiáng);王銅山;劉金鐘;;天然氣生成動(dòng)力學(xué)模擬及其地質(zhì)應(yīng)用[J];天然氣工業(yè);2006年02期

10 周在明;李忠勤;李慧林;井哲帆;;天山烏魯木齊河源區(qū)1號(hào)冰川運(yùn)動(dòng)速度特征及其動(dòng)力學(xué)模擬[J];冰川凍土;2009年01期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 楊蓉;;磷灰石裂變徑跡多元?jiǎng)恿W(xué)模擬[A];第十屆全國(guó)固體核徑跡學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2009年

2 吳季輝;施蘊(yùn)渝;徐英武;王綺文;沈偉;;二維核磁共振波譜測(cè)定~(13)C自旋一晶格弛豫時(shí)間與隨機(jī)動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)合研究短桿菌肽S的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)[A];第八屆全國(guó)波譜學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];1994年

3 朱霄;李浩然;王勇;張蕾;;季銨型離子液體與水混合溶液的分子動(dòng)力學(xué)模擬及核磁共振研究[A];第九屆全國(guó)計(jì)算（機(jī)）化學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2007年

4 殷亞星;馮文玲;孫龍;金國(guó)蓮;解菊;;2-羥丙基-β-環(huán)糊精(2-HPCD)包合五種藥物小分子的動(dòng)力學(xué)模擬[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第16分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

5 李新;黃以能;邱齊;丁勇;劉建設(shè);王業(yè)寧;竇敖川;;普適弛豫理論的動(dòng)力學(xué)模擬[A];內(nèi)耗與超聲衰減——第五屆全國(guó)固體內(nèi)耗與超聲衰減學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];1997年

6 雷依波;袁帥;豆育升;王育彬;文振翼;;腺嘌呤去活化過程的直接動(dòng)力學(xué)模擬[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第26屆學(xué)術(shù)年會(huì)理論化學(xué)方法和應(yīng)用分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2008年

7 郭洪霞;;計(jì)算機(jī)模擬研究高分子多組分共混體系的界面行為[A];2009年全國(guó)高分子學(xué)術(shù)論文報(bào)告會(huì)論文摘要集（下冊(cè)）[C];2009年

8 馬海波;;導(dǎo)電高分子中電荷載流子鏈內(nèi)輸運(yùn)過程的非絕熱動(dòng)力學(xué)模擬[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第14分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

9 耿魯明;石耀霖;張國(guó)民;;地震活動(dòng)的非線性動(dòng)力學(xué)模擬[A];1991年中國(guó)地球物理學(xué)會(huì)第七屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];1991年

10 李慎敏;;利用傘形抽樣技術(shù)的量子-經(jīng)典混合法動(dòng)力學(xué)模擬[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第九屆全國(guó)量子化學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議暨慶祝徐光憲教授從教六十年論文摘要集[C];2005年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 司徒瑜　于莘明;我國(guó)入地計(jì)劃先鋒項(xiàng)目獲突出進(jìn)展[N];科技日?qǐng)?bào);2010年

2 記者 張麗華;中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院舉辦汶川地震專題報(bào)告會(huì)[N];中國(guó)礦業(yè)報(bào);2009年

3 本報(bào)記者 陳磊;讓“他”替你吃藥挨刀[N];科技日?qǐng)?bào);2005年

4 盛曉明 姚海飛;顎式破碎機(jī)三維模型系統(tǒng)通過鑒定[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2006年

5 劉莉 趙雪;藥物分子設(shè)計(jì)成為藥物研究核心技術(shù)[N];科技日?qǐng)?bào);2004年

6 徐庭棟 李慶芬 楊尚林;我國(guó)應(yīng)加快開發(fā)鋼材強(qiáng)韌化創(chuàng)新技術(shù)[N];世界金屬導(dǎo)報(bào);2001年

7 黃海 牛聰 金忠勤;視覺基地中的刀片服務(wù)器應(yīng)用[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2007年

8 吉林 劉春鵬;巧學(xué)3D爆炸場(chǎng)景制作[N];電腦報(bào);2005年

9 張孟軍;我們的運(yùn)算速度應(yīng)最快[N];科技日?qǐng)?bào);2004年

10 深圳電大 樓劍;你所不知道的 超級(jí)計(jì)算機(jī)[N];中國(guó)電腦教育報(bào);2004年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 張海祖;熱成因天然氣生成動(dòng)力學(xué)模擬及其地質(zhì)應(yīng)用[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（廣州地球化學(xué)研究所）;2005年

2 楊明莉;煤層甲烷變壓吸附濃縮的研究[D];重慶大學(xué);2004年

3 袁麗梅;多點(diǎn)進(jìn)水厭氧—多級(jí)缺氧/好氧—膜組合工藝處理生活污水的試驗(yàn)研究[D];東華大學(xué);2007年

4 唐冰;反應(yīng)跟隨性人體動(dòng)畫生成研究[D];浙江大學(xué);2006年

5 鄭斌;DNA電子結(jié)構(gòu)與極化子傳輸?shù)木o束縛方法研究[D];山東大學(xué);2006年

6 甘華軍;珠江口盆地西部文昌A凹陷油氣運(yùn)聚歷史與成藏規(guī)律[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（廣州地球化學(xué)研究所）;2007年

7 郭續(xù)更;幾類核酸堿基相關(guān)體系激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)的理論研究[D];廈門大學(xué);2014年

8 曹玉春;流化床垃圾焚燒爐內(nèi)流動(dòng)和燃燒污染物生成數(shù)值模擬研究[D];浙江大學(xué);2005年

9 王波;含氯廢液高溫氧化特性研究[D];浙江大學(xué);2009年

10 齊維開;二維膠體的相變及聲子研究[D];蘭州大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 畢超;基于光學(xué)介質(zhì)的PT對(duì)稱量子動(dòng)力學(xué)模擬[D];西北大學(xué);2014年

2 張鳳東;柱塞氣舉動(dòng)力學(xué)模擬研究[D];西南石油學(xué)院;2005年

3 丁桂林;基于DSP的機(jī)械負(fù)載動(dòng)力學(xué)模擬研究[D];北京交通大學(xué);2009年

4 許秀芳;大氣層中臭氧與烯烴氧化反應(yīng)的機(jī)理及動(dòng)力學(xué)模擬[D];山東師范大學(xué);2000年

5 丁壽濱;基于VPT的挖掘機(jī)與環(huán)境相互作用的研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2005年

6 曹文杰;三維環(huán)境下的角色動(dòng)作規(guī)劃[D];電子科技大學(xué);2007年

7 向上升;氣壓盤式制動(dòng)器物理建模與仿真分析[D];武漢理工大學(xué);2007年

8 金磊;生物芯片DNA雜交動(dòng)力學(xué)的模擬[D];南京理工大學(xué);2007年

9 吳可柱;HIV-1整合酶全酶結(jié)構(gòu)模擬及其抑制劑篩選[D];河北醫(yī)科大學(xué);2009年

10 王亞飛;天然氣高級(jí)再燃脫硝機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究和化學(xué)動(dòng)力學(xué)模擬[D];上海交通大學(xué);2008年

，

本文編號(hào)：1833584