本論文利用分子動力學與蒙地卡羅方法的組合模擬研究蛋白質分子的折疊結構與過程。蛋白質分子的系統非常龐大，而且折疊的過程往往非常緩慢，若使用較傳統的模擬方法進行蛋白質分子的折疊計算非常耗時；並且由於各種力場的複雜程度不一，所耗費的計算時間亦不相同。本論文擬採用特殊設計的方法，利用分子動力計算定出蛋白質分子鏈中的鬆軟部份，再利用蒙地卡羅計算結合半區域運動方式，產生蛋白質分子構形的變化。將此種組合重覆混用，刪除不可能的運動，可以節省大量的計算時間，並有效的模擬蛋白質分子折疊的結構變化。模擬中，應用 Jorgesen 等人所發展的連續溶劑模型 (GB/SA)計算溶劑效應，並應用適當的全原子模型AMBER力場，以 Irback 等人所提出的半區域運動模式 (semi-local move)配合扭轉角運動，簡化計算量並增加計算速度。利用所設計的方法，對小型蛋白質1L2Y的試驗計算，已得到與NMR實驗類似的蛋白質折疊結構。希望利用本方法，可以快速的模擬蛋白質的折疊過程與折疊後的結構。

We used the combination of molecular dynamics and Monte Carlo method to investigate protein folding problems. The environments of proteins are very big, and often very time-consuming. If simulations are based on traditional methods of molecular simulations, it will cost very long time to accomplish the simulation. We use a special designed method, in which the molecular dynamics is used for determining the soft part of protein, and use Monte Carlo method to move and rotate the bonds of proteins. By removing a lot impossible movements in traditional Monte Carlo method, we shorten simulation time and simulate protein folding process effectively. In this work, we used GBSA solvent model, AMBER force field, and semi-local movements to accelerate the simulations. We obtained good result by this simulation method of a small peptide 1L2Y.

目錄
論文提要 i
目錄 ii
圖目 v
壹、簡介 1
貳、蛋白質構造簡介 6
2-1. 蛋白質的四級結構 6
2-2. 蛋白質分子間的作用力 8
參、 原理與方法 10
3-1. 分子動力學模擬 10
3-1-1. 簡介 10
3-1-2. 基本原理 10
3-1-3. 數值積分方法 12
3-1-4. 截斷半徑 13
3-1-5. 溫度校正函式 13
3-1-6. 分子動力學模擬的流程 15
3-2. 蒙地卡羅計算 16
3-2-1. 簡介 16
3-2-2. 數值方法 16
3-2-3. 本論文所使用之模型運動方式 17
3-2-4. 蒙地卡羅模擬的流程 18
3-3. 半區域運動模式 19
3-3-1. 簡介 19
3-3-2. 數值方法 19
3-4. GBSA(Generalized Born/Surface area)溶液模型 22
3-4-1. 簡介 22
3-4-2. 數值方法 23
肆、計算系統 29
4-1. 建立模擬系統 29
4-2. 模擬流程 29
4-3. 模擬環境 30
伍、 模擬之蛋白質簡介 32
5-1. Trp-Cage (PDB code 1L2Y） 32
5-2. 人類血小板第四因子片段（PDB code 1DJF） 33
陸、結果與討論 34
6-1. 模擬之蛋白質結構與蛋白質資料庫結構之比較 34
6-1-1. 距離方均根位移 34
6-1-2. α螺旋區域與NMR統計資料之比較 34
6-2. 序列1L2Y之模擬結果 35
6-2-1. 模擬參數 35
6-2-2. 距離方均根位移分析 35
6-2-3. α螺旋區域與NMR統計資料之比較 36
6-2-4. 模擬過程圖解與比較 38
6-3. 序列1DJF之模擬結果 39
6-3-1. 模擬參數 39
6-3-2. 與NMR結構之距離方均根位移 40
6-3-3. α螺旋區域與NMR統計資料之比較 40
6-3-4. 模擬過程圖解與比較 42
6-4. 模擬速率比較 44
柒、 實驗方式的檢討與改進 46
7-1. 模擬效率 46
7-2. 模擬再現性之討論 46
7-3. 力場選擇 47
捌、 結論 48
玖、 參考資料 49

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