基于智能算法的蛋白质折叠研究

论文摘要

研究蛋白质的折叠是生命科学领域的前沿课题之一。蛋白质是一种生物大分子,是由20种氨基酸以肽键连接成肽链,在空间卷曲折叠成为特定的三维空间结构。因为蛋白质只有在特定的三维空间结构下才能发挥其各种与生命活动息息相关的生物功能,因此了解蛋白质的三维结构并进一步了解如何形成特定的三级结构成为了研究热点,也就是所谓的蛋白质折叠问题。基于这个问题,主要在以下几个方面进行研究:首先,分析蛋白质折叠模型和能量优化函数,得出蛋白质非格点模型和简化能量函数在蛋白质折叠研究中的必要性,并设计实现基于非格点模型的蛋白质折叠的能量计算模块。其次,由于智能算法具有鲁棒性和较好的寻优能力的特点,因而研究遗传算法、蚁群算法和粒子群三种智能算法并将它们应用蛋白质折叠研究。再次,将近年来新提出的人工鱼群算法应用于蛋白质折叠的模拟并进行重点研究。对折叠结果进行相应的分析,结果表明人工鱼群算法在蛋白质折叠过程具有较好的全局寻优能力,更容易找到最优解。最后,为了实现蛋白质折叠过程的可视化,以虚拟现实技术为技术支持,设计并实现蛋白质折叠过程模拟和三维图形显示。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 蛋白质折叠研究的背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 蛋白质折叠研究的意义
• 1.4 论文的主要工作
• 1.5 论文的组织结构
• 第2章 蛋白质及蛋白质折叠
• 2.1 蛋白质的基本组成单位
• 2.1.1 氨基酸化学性质的集合分类
• 2.1.2 氨基酸按亲疏水性分类
• 2.2 蛋白质的结构
• 2.3 稳定蛋白质分子构象的作用力
• 2.4 蛋白质的功能
• 2.5 蛋白质折叠
• 2.5.1 同源建模法
• 2.5.2 折叠识别法
• 2.5.3 从头预测法
• 2.6 蛋白质折叠原理
• 2.6.1 蛋白质折叠与蛋白质序列分析方法的区别
• 2.6.2 真实蛋白质结构
• 2.7 本章小结
• 第3章 蛋白质折叠能量函数及模型
• 3.1 蛋白质折叠能量函数
• 3.1.1 经验势能函数
• 3.1.2 平均势能函数
• 3.1.3 简化能量函数
• 3.2 蛋白质折叠模型
• 3.2.1 全原子模型
• 3.2.2 HP格点模型
• 3.2.3 非格点模型
• 3.3 蛋白质折叠的能量计算
• 3.4 本章小结
• 第4章 智能算法研究
• 4.1 引言
• 4.2 遗传算法
• 4.2.1 遗传算法原理
• 4.2.2 遗传算法描述
• 4.3 蚁群算法
• 4.3.1 蚁群算法原理
• 4.3.2 蚁群算法描述
• 4.4 粒子群算法
• 4.4.1 粒子群算法原理
• 4.4.2 粒子群算法描述
• 4.5 实验分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 人工鱼群算法及折叠过程的模拟
• 5.1 引言
• 5.2 人工鱼群算法
• 5.2.1 人工鱼群算法原理
• 5.2.2 人工鱼群算法描述
• 5.2.3 人工鱼群算法实现
• 5.3 仿真实验
• 5.3.1 实验结果
• 5.3.2 实验分析
• 5.4 蛋白质折叠可视化研究
• 5.4.1 可视化原理
• 5.4.2 蛋白质折叠模拟
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢