基于二级结构和残基接触的蛋白质结构预测方法研究

论文摘要

蛋白质是生命的基石,单个蛋白质的功能取决于它的三维结构。蛋白质结构在蛋白质研究中至关重要,只有在已知蛋白质结构的情况下,才有可能设计出与蛋白质表面相互作用、改变其不良行为或定位导致疾病的蛋白质结构突变的药物。总体上讲,在蛋白质结构预测领域,面临着模型不精确性和构象空间庞大两个瓶颈问题,如何能够基于先验知识,设计高效的构象空间优化方法是目前蛋白质结构预测领域的一个重要问题。本文在进化算法的框架下,提出了一种基于二级结构和残基接触的蛋白质三级结构预测方法（SCDE）。主要研究工作包括如下三个方面:1、在国内外研究现状综述的基础上,详细介绍蛋白质结构、残基接触图、片段组装、以及能量评分函数等关键技术;此外,还介绍Rosetta平台预测流程和模型精度评价指标。2、基于预测二级结构,构建相似度模型,设计进化算法的选择策略,实现海量构象空间中二级结构倾向性搜索;利用预测残基间的接触图特征,建立蛋白质三维结构模型;设计基于残基接触图的群体选择策略,达到蛋白质三维结构紧凑倾向性搜索的目的;最后,设计了概率密度函数模型,实现两种选择策略的自适应过渡。3、基于Linux环境下的Rosetta平台,采用C++语言实现了SCDE算法。针对给定目标蛋白质,通过Robetta获取片段库,采用PSIPRED服务器预测二级结构信息,采用RaptorX-Contact服务器预测残基接触图。28个典型蛋白质结构预测实例验证了SCDE的有效性;进一步针对CASP12的4个FM目标蛋白,通过与BAKER-SERVER、Zhang-Server以及在CASP12中表现最好的方法对比验证了算法的有效性。

论文目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容

1.4 论文结构安排

第二章基本理论

2.1 蛋白质结构

2.2 残基接触

2.3 片段组装

2.4 能量评分函数

2.5 Rosetta

2.6 预测精度的性能指标

2.7 本章小结

第三章基于二级结构和残基接触的构象搜索方法

3.1 基于二级结构与残基接触的差分进化算法

3.1.1 基于二级结构的选择策略

3.1.2 基于残基接触的选择策略

3.1.3 选择算子平衡策略

3.2 基于二级结构的交叉算子

3.3 算法描述

3.4 本章小结

第四章实验验证与分析

4.1 测试集及实验设置

4.2 结果分析

4.3 二级结构准确性对精度影响分析

4.4 残基接触准确性对精度影响分析

4.5 两种选择策略平衡分析

4.6 收敛性分析

4.7 近天然态采样能力

4.8 SCDE算法组件分析

4.9 其他方法的比较

4.10 CASP12 目标蛋白验证

4.11 基于残基接触的方法比较

4.12 本章小结

第五章结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

作者简介

1 作者简历

2 攻读硕士学位期间发表的学术论文

3 参与的科研项目及获奖情况

4 公开发明专利

5 登记软件著作权

学位论文数据集

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 马来发

导师: 张贵军

关键词: 蛋白质结构预测,二级结构,残基接触,进化算法

来源: 浙江工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 生物学,自动化技术

单位: 浙江工业大学

基金: 国家自然科学基金No.61773346

分类号: TP18;Q51

DOI: 10.27463/d.cnki.gzgyu.2019.000147

总页数: 56

文件大小: 2664K

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