Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,浙江大学,CAD&CG,国家重点实验室,2003,年12月,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2628日,生物分子几何及图形学研究,浙江大学CAD&CG国家重点实验室2003年12月计算机科学,1,背景,基因及蛋白质简介,蛋白质结构的图形描述,研究目标,主要研究内容,研究特色,总结,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2628日,State Key Lab of CAD&CG,Zhejiang University,内 容 提 要,背景计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2,2,随着信息技术的高速发展，数字化浪潮席卷全球。,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2628日,State Key Lab of CAD&CG,Zhejiang University,背 景,目前对宏观世界的建模已经得到了广泛研究。,21,世纪是生命科学的世纪，,人们的视野逐渐转入构成生命的微观结构以及它们之间的相互作用。,随着信息技术的高速发展，数字化浪潮席卷全球。计算机科学面临的,3,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2628日,State Key Lab of CAD&CG,Zhejiang University,蛋白质：人类健康长寿的希望,人体基因数目仅比低等生物线虫多两倍。如此少的基因是如何创造出人体如此复杂的生命活动的？,人体基因的主要功能是通过蛋白质来实现的，,蛋白质扮演着构筑生命大厦的主要角色。,人体中大约有10万种蛋白质。,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月26,4,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2628日,State Key Lab of CAD&CG,Zhejiang University,蛋白质：人类健康长寿的希望,蛋白质是生命活动的物质基础，具有防御、调节、催化、收缩、储存、运输、运动、缓冲等多种生命功能。,如果蛋白质不足、结构有误或缺损，其功能就会失调，人体就会生病。,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月26,5,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2628日,State Key Lab of CAD&CG,Zhejiang University,蛋白质：药物设计的钥匙,近年来新型功能蛋白的不断发现，为人类征服癌症、艾滋病、帕金森氏症、老年痴呆症、糖尿病等开辟了光明前景。,日本国立癌症中心：乳铁蛋白具有预防大肠癌发生与,扩散的作用，计划从牛奶中提取它并制成抗癌药物。,上海药物所等单位：完成,SARS,病毒的3个关键蛋白的表,达，并进行了初步的验证。其中一种蛋白已开始用于,抗,SARS,病毒药物的体外筛选。,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月26,6,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2628日,State Key Lab of CAD&CG,Zhejiang University,基 因,基因是一段,DNA（,脱氧核糖核酸分子,）,双链。,碱基成对出现:-,ATCGGCC-,-TAGCCGG-,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月26,7,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2628日,State Key Lab of CAD&CG,Zhejiang University,基因表达中的信息流,中心,法则（,The,C,entral,D,ogma,）,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月26,8,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2628日,State Key Lab of CAD&CG,Zhejiang University,蛋白质翻译,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月26,9,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2628日,State Key Lab of CAD&CG,Zhejiang University,蛋白质的组成,氨基酸是蛋白质的单体。天然存在于蛋白质中的氨基酸共有20种。氨基酸由肽键相连形成多肽链。,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月26,10,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2628日,State Key Lab of CAD&CG,Zhejiang University,蛋白质折叠,折叠漏斗,折叠时间极短,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月26,11,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2628日,State Key Lab of CAD&CG,Zhejiang University,蛋白质结构的层次,一级结构,-,氨基酸序列,二级结构,-,主要由氢键稳固的局部构象，,如,-helix,-sheet,等,三级结构,-,三维构象,四级结构,-,多个多肽链的组合,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月26,12,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2628日,State Key Lab of CAD&CG,Zhejiang University,蛋白质功能与结构的关系,功能,=,运动着的结构,！,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月26,13,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2628日,State Key Lab of CAD&CG,Zhejiang University,蛋白质的相互作用,生命由蛋白复合物纳米机器运转着,Examples,-癌症形成的重要机制之一,-细菌的排药性,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月26,14,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2628日,State Key Lab of CAD&CG,Zhejiang University,蛋白质的相互作用,癌症形成的重要机制之一,-转录因子的持续激活（,P53）,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月26,15,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2628日,State Key Lab of CAD&CG,Zhejiang University,蛋白质的相互作用,细菌的排药性,-,AcrA,AcrB,Tol C,-,乙酰螺,旋霉素,抗性,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月26,16,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2628日,State Key Lab of CAD&CG,Zhejiang University,计算机辅助药物设计,充分认识和彻底了解人和,生物体内活分子(,living,molecules),的运动规律，,无疑是21世纪化学亟待解,决的重大难题之一。,徐光宪院士,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月26,17,现有药物,筛选模式,-,HTS:,High,Throughput,Screening,-困难：无体内活性,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2628日,State Key Lab of CAD&CG,Zhejiang University,计算机辅助药物设计,现有药物计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12,18,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2628日,State Key Lab of CAD&CG,Zhejiang University,蛋白质结构的图形描述,线框表示,棍状表示,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月26,19,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2628日,State Key Lab of CAD&CG,Zhejiang University,蛋白质结构的图形描述,球棍表示,CPK,表示,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月26,20,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2628日,State Key Lab of CAD&CG,Zhejiang University,蛋白质结构的图形描述,带状表示,管片表示,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月26,21,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2628日,State Key Lab of CAD&CG,Zhejiang University,蛋白质结构的图形描述,分子表面,-,分子可视化,-,分子对接,-,基于结构的药物设计,-,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月26,22,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2628日,State Key Lab of CAD&CG,Zhejiang University,图形描述的困难性,单分子描述,-折叠运动过程高度复杂且在瞬间完成，很,难由实验捕获。,-虽然有很多工作集中在预测蛋白质折叠最,终结果，但预测准确度并不高。,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月26,23,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2628日,State Key Lab of CAD&CG,Zhejiang University,图形描述的困难性,多分子描述,-对多分子的结构信息缺乏有效描述。,-蛋白质相互作用过程异常复杂，目前的研,究仍建立在实验和猜测的基础上，,缺乏有,效的计算机模型及预测机制。,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月26,24,克服,Docking,计算的不足之处,体内活性的预测,发现新的药物作用机理,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2628日,State Key Lab of CAD&CG,Zhejiang University,计算机辅助药物的新挑战,克服Docking计算的不足之处计算机科学面临的挑战高层研讨,25,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2628日,State Key Lab of CAD&CG,Zhejiang University,现 状,急需对这些数据进行分析和综合，构建起可全面揭示蛋白质本质的结构功能模型。,需要基于已知的分子结构功能，推演和预测未知的分子结构和功能，并在此基础上，实现蛋白质复合结构的,CAD,设计和定制。,随着分子生物学的深入发展，有关蛋白质结构功能的信息数据大量积累。,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月26,26,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2628日,State Key Lab of CAD&CG,Zhejiang University,研究目标,将现有的计算机建模理论和方法拓展到微观世界。,从微观结构上对复杂生命功能进行剖析，揭示生命的奥秘。,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月26,27,自然状态下单蛋白质分子结构表征,多蛋白质分子相互作用的计算机仿真,面向生物大分子的交互可视环境,计算机科学面临的挑战高层研讨会 厦门 2003年12月2628日,State Key Lab of CAD&CG,Zhejiang University,主要研究内容,自然状态下单蛋白质分子结构表征 计算机科学面临的挑战高层研讨,28,自然状态下单蛋白质分子结构表征,-基于实验捕获数据的蛋白质分子结构的三维重建,-蛋白质分子空间结构的几何学、物理学模型,-蛋白质分子结构的多级几何分解、重构及分析,-蛋白质分子三维结构内在特征的识别和抽取,-蛋白质分子三维几何和拓扑结构的快速预测,-蛋白