基于蛋白质疏水残基有效距离的模拟退火方法

论文摘要

蛋白质折叠和结构预测是生物信息学研究中最富有挑战性的研究领域,对于人们进一步了解蛋白质的结构和功能具有非常重要的意义。蛋白质折叠的计算机模拟和预测作为一种辅助手段,可直接应用于新的功能蛋白质的设计和研究。正是由于理论和应用方面的重要性,使得该领域的研究工作越来越受到重视。随着各种随机算法的兴起并应用到各个领域,人们发现随机算法对于解决蛋白质折叠问题有其特有的优点。特别是模拟退火方法由于它本身的优点（方法能接受一定程度的恶化解,避免陷入局部最小）渐渐引起了人们的兴趣。各种改进的模拟退火方法（SA）成为计算机模拟蛋白质折叠的重要工具。本文的工作是在三维HP模型（3-dimensional hydrophobic-hydrophilic model）的基础上开展的。首先讨论蛋白质链中各个疏水残基的之间的关系,得出了蛋白质链上的疏水残基之间如果要能在最优的的空间构象中贡献一个疏水键的话,它们之间必须满足关系:|xi-xj|+|yi-yj|+|zi-zj|=|i-j|-2n（n=1,2,3…）。然后我们根据这个关系得出了有效关联系数矩阵进而得出有效距离矩阵,最后将总有效距离作为一个约束条件应用到模拟退火方法中,得到了改进的基于有效距离约束的模拟退火方法。利用本文的方法对一系列的蛋白质链的空间结构进行了预测,通过对模拟退火过程的分析和与其它方法的预测结果的对比,我们发现本文中的方法在能量的收敛性上比其它方法更好。同时,因为引入了新的约束,模拟退火过程中产生的新的构象具有更佳的合法性,也减少了无效构象产生的几率,所以能更快地找到合法的能量最低的构象,意味着本文的算法在时间上的开销要小于其它几种文中提及的算法。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1 人类基因组计划以及生物信息学
• 1.1 人类基因组计划
• 1.2 生物信息学
• 第二章 蛋白质与蛋白质折叠
• 2.1 蛋白质简介
• 2.1.1 氨基酸及其基本结构
• 2.1.2 蛋白质的基本组成及结构
• 2.1.3 蛋白质的功能
• 2.1.4 蛋白质三维结构预测的研究背景和意义
• 2.2 得到蛋白质三维结构分析的两种方法
• 2.2.1 蛋白质序列分析方法
• 2.2.2 蛋白质折叠与蛋白质序列分析方法的区别
• 2.3 本论文关于蛋白质折叠的研究
• 第三章 序列的关联关系
• 3.1 HP格子模型简介
• 3.2 HP格子模型中的能量
• 3.3 立方格子模型
• 3.4 蛋白质链空间构象必须满足的条件及其数学表达
• 3.5 疏水残基形成疏水键的条件
• 3.6 疏水核的关联矩阵
• 3.7 蛋白质链关联矩阵的特征
• 第四章 算法的实现
• 第五章 关联系数在模拟退火中的应用
• 第六章 讨论
• 攻读硕士期间撰写论文
• 攻读硕士期间参加的科研项目
• 致谢
• 参考文献
• 附: 程序