蛋白质beta折叠的分析与预测及生物信息工具开发生物学;生物信息学专业论文.docxVIP

南开大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所 取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包 含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所 涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 同 非公开学位论文标注说明 根据南丌大学有关规定，非公丌学位论文须经指导教师同意、作者本人申 请和相关部门批准方能标注。未经批准的均为公丌学位论文，公开学位论文本 说明为空白。 论文题目 申请密级 口限制(≤2年) 口秘密(≤10年) 口机密(≤20年) 必威体育官网网址期限 20 年 月 日至20 年 月 日 审批表编号 批准日期 20 年 月 日 限制★2年(最长2年，可少于2年) 秘密★lO年(最长5年，可少丁：5年) 机密★20年(最长10年，可少于10年) 摘要摘要 摘要 摘要 13折叠是一种重要的蛋白质二级结构类型之一，也是影响蛋白质结构预测 精度的主要因素之一。对13折叠结构的深入研究和精确预测能够在很大程度上 提高蛋白质结构预测的准确率，并对蛋白质折叠和蛋白质设计研究有重要的推 动作用。本文就重点对13折叠结构进行研究。 研究使用来自PISCES服务器的一个数据集。在对数据进行前处理时，改 造和完善了我们前期工作中构建的SheetsPair数据库，并将PISCES的数据集整 合到SheetsPair数据库中，后续的研究就通过该数据库管理数据。 对13折叠结构的研究，遵循从13股I训氨基酸配对出发到13股肽链配对的路 线。首先对13股I’日J的氨基酸配对进行了统计分析。结果表明，股间氨基酸配对 不是随机的，而从整体上表现出一种明显的配对亲和倾向。基于统计结果，还 分别得到了平行折叠、反平行折叠和总体J3折叠的反映氨基酸配对偏好性的相 对频率矩阵，这些矩阵成为我们后续研究的基础。分析还发现疏水作用和二硫 键是影响氨基酸配对的两种主要因素，此外尚有其他因素(如周围环境)可能 也影响氨基酸配对。平行折叠和反平行折叠的氨基酸配对偏好性也不相同。 然后基于计量多维尺度(MMDS)的方法，对氨基酸配对偏好性进行了分 析。通过MMDS的方法，将相对频率矩阵中反映的氨基酸配对的主要特征以图 形方式直观地展示出来。在平行折叠、反平行折叠和总体B折叠的MMDS图中 都可以看到有一个明显的氨基酸聚集“核心”，位于“核心”的氨基酸主要是疏 水性较强的氨基酸，说明了疏水作用在13折叠结构中的重要性。通过MMDS 分析，也发现了平行折叠和反平行折叠的氨基酸配对亲和性的差异，这为今后 开发预测区分平行折叠和反平行折叠的算法打下了基础。基于MMDS分析的结 果，并结合分层聚类的方法，还提出了一种对20种氨基酸聚类降维的方式：总 体上将20种氨基酸聚为5类最优，而单独考察平行折叠时聚为6类最优，单独 考察反平行折叠时聚为4类最优。 在前面对13股间氨基酸配对分析的基础上，下面考察13股肽链的配对和排 列。从直观上讲，13股的配对排列至少应包括三个方面的研究内容：(1)确定配 对关联，即确定组成13片层的各条13股的两两配对关系；(2)预测配对的两条B 摘要股的相对方向(平行或反平行)；(3)确定配对的两条13股的相对位置。我们的 摘要 股的相对方向(平行或反平行)；(3)确定配对的两条13股的相对位置。我们的 研究就围绕这三个方面分别展开。 首先重点考察了第(2)方面，即配对13股的相对方向(平行或反平行)。基 于前面分析得到的氨基酸配对相对频率矩阵，分析了氨基酸配对与13股排列方 向的关系。结果表明，股间氨基酸配对与13股的平行／反平行的排列方向具有十 分显著的相关性，股间氨基酸的相互作用在13折叠形成的平行／反平行排列方向 的确定上起到了重要的甚至是决定性的作用，而环境因素和其他不确定因素在 这方面的影响较小。我们从这个结论出发，采用一种新的编码方式，并基于支 持向量机(SVM)开发了一种预测13折叠平行／反平行排列方向的方法。结果表 明，该方法可获得比较高的预测准确率(86．89％的准确率和O．7126的Matthew 系数值)。 在第(1)方面，对B股配对关联规律进行了初步研究，发现13折叠股配对关 联较多地表现出一种邻近配对倾向(“先来先配”倾向)。在反平行折叠中，相 邻B股的配对还有对氨基酸距离的较强偏好性：而在平行折叠中，这种偏好性 较弱。 中 》 在第(3)方面，发现组成13片层的B股肽链在两两配对排列时，其末端并不 嚏 一定彼此对齐，而往往出现一定的“延伸末