【学术视频】第五届全国统计物理与复杂系统学术会议 | 中科院长春应用化学研究所晏致强副研究员

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图 | 晏致强

题   目：蛋白质进化原理以及计算模拟研究报告人：晏致强单   位：中国科学院长春应用化学研究所时   间：2019-07-28地   点：中国科学技术大学

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报告摘要

从概率上讲，生物体内的天然蛋白质只占所有随机系列的极小部分。达尔文提出自然进化是功能的设计者。然而，在分子层次我们依然不清楚什么是蛋白质进化的选择适应度，以及蛋白质的天然系列与结构是如何被选择的。蛋白质折叠漏斗能量面理论成功地描述了蛋白质折叠热力学与动力学特性。该理论解释了蛋白质的天然系列是如何在巨大的结构空间中折叠到天然结构的。那么，蛋白质的天然结构与系列是如何在巨大的结构空间以及更大的系列空间中被进化和选择的？这类似于蛋白质折叠的著名利文索尔佯谬，我们称之为蛋白质进化佯谬，即如果只是随机搜索，蛋白质在有限的时间里进化到现在的天然系列与结构是不可能完成的。因此，蛋白质的进化必定是由选择适应度驱动的过程。除内在无序蛋白以外，天然蛋白质特有的折叠需求，包括热力学稳定性和动力学可及性，不仅决定其功能结构，且能够降低导致细胞功能紊乱的错误折叠与聚集。更重要是，折叠需求是蛋白质区别于随机链的特有属性。因此，我们首次提出，蛋白质的折叠需求是蛋白质系列与结构在进化中的主要驱动力。我们从蛋白质折叠能量面理论推导出了蛋白质折叠动力学可及性和热力学稳定性数学公式，此数学公式定量描述了蛋白质进化选择适应度并提供了在计算上模拟蛋白质进化的数学基础。我们发现蛋白质在系列与结构空间上的进化过程在统计上可描述为类漏斗能量面过程。以蛋白质折叠需求作为驱动力而进化出的蛋白质系列与结构具有与天然蛋白质系列与结构相类似的特性，包括蛋白质疏水核，高度可设计性以及快速折叠特性。我们的研究结果在真实的VHP与WW蛋白上得到验证。

个人简介

晏致强，2003年于南昌大学获得学士学位，并分别于2007和2010年在南京大学获得硕士和博士学位，2010年8月至2013年8月于美国石溪大学从事博士后研究，2013年8月起被骋为长春应用化学研究所副研究员。研究方向为生物分子识别、蛋白质进化与设计的理论与计算。

会议简介

全国统计物理与复杂系统学术会议由中国科学院理论物理研究所主办，是我国统计物理与复杂系统领域最具影响力的学术活动，每两年举办一届。第五届全国统计物理与复杂系统学术会议于2019年7月26日至7月29日在安徽举行，会议主要以邀请报告、口头报告及张贴报告的形式，交流国内外统计物理与复杂系统领域的最新进展，同时讨论中国统计物理与复杂系统研究的现状与发展趋势。此次会议由中国科学院理论物理研究所主办，中国科学技术大学承办，安徽大学、安庆师范大学、安徽师范大学协办。

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