因子，故其值將大於其中的螺旋－螺旋作用項大小。若
e 所代表之強度過大，
4 將使結構易呈現鬆散之類桶狀結構，因其可有更多的AFs 和脂質發生作用，而 犧牲螺旋間之作用能量和E
vdW項。若e e 之比例大於 0.45，此時
1 4 Eamp之最低 能量小於桶狀結構時的E
vdW，但Eamp其中之螺旋－螺旋作用能量將因此過小而 無法產生辨別度。在同時考量Γ (
εi j kamp, ,) 0 ≠
的模擬後，因其平均將使Eamp中之螺 旋－螺旋作用能量影響力增大，故我們選擇e e
1 4 ≅0.4。使Eamp值將略大於E
vdW，且螺旋－脂質和螺旋－螺旋之能量部分在整體模擬中有較為均衡之影響 力。綜合以上之結論，BRD4 結構預測模擬中所使用的能量強度係數分別為：1 = 0.25
e
，e
2 = 1.0，e
3 = 0.7，e
4 = 0.6 和e
5 = 0.0。我們在小於106個MC steps 時可得到模型中的最低能量結構。本節以4 根螺旋組成的子區塊結構所做之模擬預測，為特別針對如何模擬 出正確的兩性特質面結構排列所做。故為探討其準確性，我們建立了兩項指標：
(1) Precision ≡
i n
=1 n i =1
H PDB
(4-1) PDB
iH
i
∑
∑
上與 結構相同之離子通道面的數量
。 原始結構中， 上之離子通道面的數量
因我們此項指標的前提為結構已呈現離子通道之構形 (桶狀結構)，故 Eq.
4-1 中之離子通道面即為，各螺旋結構中可與其它根螺旋發生兩性交互作用之 兩性特質面，因其必面向或偏向於離子通道處。n 則為目標蛋白質的螺旋總數。
Precision 簡單來說即是“正確預測在離子通道內兩性特質面的比例＂。以 famp = (0.0, 1.0, 0.0)的模擬為例，BRD4 的 PDB 結構中 (見 Fig. 4-1)，各螺旋上之離 子通道面及其數量為：H3 = 2 ( AF 3 和 AF 4 )，H4 = 2 (AF 3 和 AF 4)，H5 = 2 ( AF 2 和 AF 3 )和 H6 = 2 ( AF 3 和 AF 4)，以上之總和即為 Eq. 4-1 之分母。我們所 預測之結果 (Emin = -32.54，見 Fig. 4-2)中與 PDB 結構吻合之離子通道面及其數 量則為：H3 = 1 ( AF 3 )，H4 = 1 ( AF 3 )，H5 = 1 ( AF 2 ) 和 H6 = 2 ( AF 3 和 AF 4)，以上之總和便為 Eq. 4-1 中的分子。因此就 famp = (0.0, 1.0, 0.0)的模擬結 果 (Fig. 4-2)：
(1+1+1+2)
Precision = (2+2+2+2) =0.625= 62.5 %。當我們依以上的處理模式，
將得到最小能量結構的replica ( T = 0.08 ) 內，隨時間變化 (亦即當系統總能量 逐漸降低) 的 Etot 結構作Precision 指標分析，可得到 Fig. 4-3。若將隨時間變 化的 Etot 中的能量項之一 Eamp 與 Precision 做更進一步的趨勢比較，則可得 Fig.4-4。可看出，Precision 隨著時間變化的趨勢，完全符合 Eamp此能量項隨時
間變化的趨勢，足見此模型對於兩性特質面結構排列模擬的效度。
0%
-27.5 -28.6 -28.9 -29.4 -29.7 -29.9 -31.1 -31.5 -32.0 -32.3 -32.5
Etot
-27.5 -28.6 -28.9 -29.4 -29.7 -29.9 -31.1 -31.5 -32.0 -32.3 -32.5 Etot Precision 與 Eamp雙軸比較關係圖。空心方塊連成之曲線為 Precision，實心方塊 曲線則為Eamp，圖中的能量結構取值範圍皆與Fig.4-3 相同。
如果同時考慮最近鄰以及次近鄰的兩性特質面的作用，而且其作用強度比 例為1 : 0.2，則我們有 famp = (0.2, 1.0, 0.2)。如第三章所言，此項係數會將交互 作用的兩AFs 上，不只對應處的
ε
i j kamp, , ⋅ε
i j kamp', ,' ，同時也加入ε
i j kamp, , ⋅ε
i j kamp', ,' ± 1乘積。同樣的，先以所得之最低能量結構來說 (Emin = -33.35 )，其 AF 分布圖端見 Fig.4-5。比較 Fig. 4-1 和 4-5 後可得到，Emin結構內各螺旋上之離子通道面，與 PDB 結構對應下相同的數量為：H3 = 2 ( AF 3 和 AF 4 )，H4 = 1 ( AF 3 )，H5 = 2 ( AF 2 和 AF 3 )，H6 = 1 ( AF 3 )。由於 PDB 結構中在離子通道內的兩性特質 面共有8 個，因此本模型的預測準確率為 Precision = 6/8 = 75 %。再將得到最 低能量結構的replica ( T = 0.08 ) 中隨時間變化的 Etot結構做Precision 分析，並 和Eamp的變化趨勢一起比較，得到Fig.4-6。在圖中-32.2 > Etot > -32.4 的結構變 化裡，螺旋與水之間的作用項 ( Ehw) 的因素影響下讓螺旋以不同的順序與自轉 面排列，以使螺旋上更多的親水性殘基得以離開雙層膜的環境。模型此時獲得 更低的 Ehw，但不適當的自轉面排列同時也使Eamp升高。Precision 同步反應出 這段局部最低能量結構變化所造成的落差。隨後模擬由EvdW 及Eamp 作出反制 獲得能量補償以離開這個過渡結構。由此可知，在此famp = (0.2, 1.0, 0.2)中，將 最鄰近的兩組
ε
i j kamp, , ⋅ε
i j kamp', ,' ± 1也納入能量項的考慮中，不但沒有破壞 Eamp對正 確的兩性特質面排列應有的影響度，更提高了最低能量結構的Precision 到 75%。
-12
-29.4 -29.8 -30.1 -30.4 -30.9 -32.0 -32.4 -32.6 -33.0 -33.3 Etot
Precision 與 Eamp雙軸比較關係圖。空心方塊連成之曲線為 Precision，實心方塊 曲線則為Eamp。為求能量趨勢明瞭，只將通過Metropolis 準則的 MC step 中 ΔE <0 的結構作分析。亦將模擬前期的鏈狀結構 ( Etot > -29.4 且 EvdW > -12.0 ) 從分 析中省略。
隨後，我們考慮將鄰近的
ε
i j kamp, , ⋅ε
i j kamp', ,' ± 1範圍擴大，並稍微調高係數，使-27.9 -28.1 -28.4 -30.3 -30.9 -31.4 -31.8 -32.2 -32.6
Etot
PDB 結構的自轉角之 RMSD 值 (Ωrmsd)，以此提供與幾何結構分布更為相關的
項Eamp的變化趨勢一起比較，可得到 Fig.4-8。由此圖可看出 Ωrmsd隨時間的變
-27.5 -28.6 -28.9 -29.4 -29.7 -29.9 -31.1 -31.5 -32.0 -32.3 -32.5 Etot
一併放入，可得Fig.4-9。和 Precision 指標趨勢比較圖(Fig. 4-6)雷同，此項 famp的Ωrmsd與Eamp趨勢符合度，不但沒有較第一項係數 ( 0.0_1.0_0.0 ) 遜色，相
反地，其更能正確的呼應結構漸趨穩定的能量變化。不論是就單根或就整體而
-29.4 -29.8 -30.1 -30.4 -30.9 -32.0 -32.5 -32.7 -33.1 -33.3
Etot
同樣地，將第三種famp = (0.1, 0.2, 0.3, 1.0, 0.3, 0.2, 0.1)依 Fig. 4-7 的標準選
-27.9 -28.0 -28.3 -28.6 -30.4 -30.9 -31.4 -31.6 -31.9 -32.4 -32.6
Etot
MOLMOL (version 2K.2) 繪出所得。圖中灰色部分為參考座標 PDB 結構，藍 色部分為模擬所得Emin結構。經Profit 計算，Fig.4-11 內兩結構的 Cα原子座標 間RMSD＝4.44 Å (僅穿膜螺旋上)。由圖可看出兩結構的 RMSD 值，除了 Tab.
4-1 中ΔΩH4 ≅75ο所造成的差異，也有部份來自於每根螺旋的原始結構所必有的 曲度差異。因為我們利用ME 模擬計算而來的二級結構難以得到此特性。由 Tab.
3-3 便已得知，單就 PDB 內和我們所使用的擁有相同序列之 α 螺旋，兩結構間 的RMSD 值就已平均達 1.10 Å。再者，我們模擬所得的最低能量結構中，H6 明顯較PDB 結構內的 H6 偏內，也因此
C C
H5 H6及C C
H6 H3都較PDB 內對應的中 心距離為短。但因這裡所做的模擬，只屬此穿膜蛋白(BRD)的子區塊部分。我 們將實際存在於BRD 通道中心位置的 retinal 分子排除於模型之外，預測出的 BRD4 結構會較原始結構稍微緊密，也是可以合理地被預期出的結果。famp= (0.2, 1.0, 0.2)模擬下得到的 Fig.4-12，其 RMSD = 3.96Å，明顯較第一 種係數項結果優異。在比較過前面Precision 與 Ωrmsd 兩種指標結果，與 Fig. 4-11 和 4-12 的相異處之後，不難發現兩種係數項所得之 Emin結構間的主要差異，
還是在於螺旋自轉面排列的好壞程度。也說明了在BRD4 結構的預測模擬下，
有famp= (0.2, 1.0, 0.2)此能量修正項的存在，將優於沒有修正項之 famp=(0.0, 1.0, 0.0)的預測結果。
Fig.4-11 BRD4 的 PDB 結構 (灰色) 和 famp=(0.0, 1.0, 0.0) 下之 Emin結構 (藍色)
4-2 HRD4 心點排列圖皆為之列出。Fig.4-13 為 HRD4 ( PDB code：1E12 )的原始結構各螺 旋上的四點代表四組 AFs 中心點在ＸＹ平面的投影。其中 AF 分組方式有如
-12
就每根螺旋上的AF 3 而言，HRD4 平均較 BRD4 親水性強。但兩者均依然趨 向親水性，然而兩蛋白質在AF 1 (最厭水) 和 AF 3 (最親水) 間的兩面 ( j=2 與
j=4 ) 上，在兩性特質有更大的差異性。除第四根螺旋外，HRD4 其他根的 AF 2
和AF 4，反而較 BRD4 的更具厭水性。如此的組合，使得 HRD4 在各螺旋的 離子通道面之選擇性上，較 BRD4 來得狹窄。也因此，不同於 famp 在蛋白質 BRD4 模擬中所具有的影響力，比較過 HRD4 的兩種 famp下之 Emin結構的 AF 中心點投影圖 (Fig. 4-14 和 4-15) 後，幾乎無法察覺其差異性。而就整個模擬 的變化過程是否也會有一樣的定論，則必須再藉助於兩項指標的變化趨勢圖來 討論。(1) Precision
首先我們計算出指標Precision 的分母，如同 Fig.4-13 所示，HRD4 的 PDB 結構內，各螺旋上的離子通道面及其數量為：H3 = 2 ( AF 3 和 AF 4 )，H4 = 2 ( AF 3 和 AF 4)，H5 = 2 ( AF 2 和 AF 3 )和 H6 = 2 (AF 3 和 AF 4)。
第一種famp = (0.0, 1.0, 0.0)下之模擬預測，在比較 Fig.4-14 與 Fig. 4-13 後，
可得Emin結構內各螺旋上中與PDB 結構吻合之離子通道面及其數量為：H3 = 1 (AF 3 )，H4 = 1 (AF 3)，H5 = 1 (AF 3) 和 H6 = 2 (AF 3 和 AF 4)。根據 Eq. 4-1 可得：
(1+1+1+2)
Precision = (2+2+2+2) =0.625 = 62.5 %。再將得到最低能量結構的 replica ( T = 0.08) 中隨時間變化，所有得到較低能量且已構成桶狀結構的座標
群，進行 Precision 分析。將其和每個被篩選出的能量結構他們各自的 Eamp項 一併放入折線圖中，可得雙軸折線圖 Fig.4-16。圖中顯示出此 famp下的 Eamp項 對於Precision 趨勢的影響力，依舊和之前在蛋白質 BRD4 相同係數的模擬上有 相同表現。其中在-26.68 > Etot > -27.05 模擬過程中，Eamp出現些微的變化，但 Precision 卻維持不變。主要是因為此時模擬結構中的螺旋順序發生變化，一開
始結構先變得較為鬆散，因此EvdW升高 (此階段的 EvdW為Fig.4-16 中所有初始
-23.3 -23.5 -24.0 -24.5 -26.3 -26.9 -27.4 -29.1 -29.4 -29.7 -29.9 -30.1 Etot
變化與Precision、Eamp雙軸比較圖。空心方塊曲線為Precision，實心方塊曲線為 Eamp。圖中只將Markov chain 中 ΔE < 0 的結構作分析，亦將前期之鏈狀結構 ( Etot
擬的變化情況卻是不盡相同。其中包含：(1) famp = (0.2, 1.0, 0.2) 的 Precision 趨 勢圖 (Fig. 4-17) 裡沒有出現如前種 famp一般，Precision 無法對應 Eamp變化的 局部過渡期。(2) 在 Fig. 4-17 的雙折線趨勢中，Eamp項和Precision 同時相對於 總能量逐漸變小而顯示出的穩定表現。另外，在Fig. 4-17 中 Precision = 37.5 % 的階段，模擬結構正處於與 Emin 結構順序恰好相反的狀態 (亦即 Emin 結構中 H3 至 H6 以順時針排列 (見 Fig.4-15)，而此時則為逆時針的排列順序)。在此 局部能量最低的狀態中，EvdW因結構的緊密性而逐漸降低至一穩定值，但Eamp
則因不適當的 AFs 配對而無法達到真正的最低能量。爾後因由高溫 replica 交 換而來之構形具有正確的螺旋順序，讓模型突破此局部最低，Eamp也在此時因 為正確的配對面而大幅降低 (即 Precision = 62.5 % 處)。之後的模擬過程便主 要集中於EvdW與Ehw的相互競爭。但因為只有各螺旋的傾斜角變化控制兩者的 拉鋸關係，此對於 Precision 與 Eamp項則是幾乎毫無影響，也因此兩者在模擬 的中後期得以維持一穩定表現。
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
-24.2 -24.7 -27.1 -27.4 -28.1 -28.4 -28.6 -28.9 -29.3 -29.7 -30.0 Etot
Precision
-18.5 -16.5 -14.5 -12.5 -10.5 -8.5 -6.5 -4.5 Eamp
Fig.4-17 HRD4 在 famp = (0.2, 1.0, 0.2) 與 replica T= 0.08 內，隨時間變化的 Etot
與Precision、Eamp雙軸比較圖。空心方塊曲線為Precision，實心方塊曲線為 Eamp。 圖中只將Markov chain 中 ΔE < 0 的結構作分析，亦將前期之鏈狀結構 (Etot >
-27.0 和 EvdW > -9.7 ) 從分析中省略。
(2) Ω
rmsd在比較完兩種 famp的模擬結果在二維平面分布圖，及 Precision 分析上的 差異性後，繼續針對 Ωrmsd 指摽做兩結構間的延伸討論。同於在上一節中的處 理手法。我們先移動PDB 與 famp = (0.0, 1.0, 0.0)下之 Emin結構中心到座標原點，
再使結構沿Ｚ軸轉動至H3 中心位於Ｙ軸上。計算兩結構內各螺旋上的四組 AFs 對應於螺旋中心的Ωi,j，結果數據列於Tab.4-3 內。由其內的數據可得此係數下 的最低能量結構Ωrmsd = 0.89 = 50.99°。就此項指標而言，略差於 BRD4 在同樣 famp下的Emin結構表現 (Ωrmsd = 42.39°)。BRD4 和 HRD4 兩結構內的每根螺旋 之
ΔΩ
H i差異度大約也都在 10°左右。原因為，HRD4 的第四根螺旋上之 AF 2 佈有較多的親水性殘基，以致其參與它根親水性交互作用的必然性。然而在 PDB 原始結構內，該面是處於螺旋間與脂質的交界處 (端見 Fig. 4-13)。此面在 我們模型結果中的偏轉，同時也帶動了其他螺旋親水面角度的偏移，故造成上 述整體角度之差異。除了針對Emin結構的討論之外，當然我們也必須就模擬過再使結構沿Ｚ軸轉動至H3 中心位於Ｙ軸上。計算兩結構內各螺旋上的四組 AFs 對應於螺旋中心的Ωi,j，結果數據列於Tab.4-3 內。由其內的數據可得此係數下 的最低能量結構Ωrmsd = 0.89 = 50.99°。就此項指標而言，略差於 BRD4 在同樣 famp下的Emin結構表現 (Ωrmsd = 42.39°)。BRD4 和 HRD4 兩結構內的每根螺旋 之