本文關(guān)鍵詞： 化學(xué)計(jì)量學(xué) 多元校正 小波包變換 粒子群算法 交替三線性分解算法 四維平行因子分析算法 蛋白質(zhì)翻譯后修飾位點(diǎn)預(yù)測 支持向量機(jī)　出處：《湖南大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：本文作者通過綜述當(dāng)前化學(xué)計(jì)量學(xué)領(lǐng)域中的熱點(diǎn)、難點(diǎn)問題,選擇了化學(xué)計(jì)量學(xué)多元校正(定量)和以蛋白質(zhì)翻譯后修飾位點(diǎn)預(yù)測為對象的模式識別(分類)兩方面展開了相關(guān)研究工作。在多元校正方面,本文作者從二維、三維到四維的角度分別對復(fù)雜體系的定量分析問題在算法或應(yīng)用上進(jìn)行了探索性基礎(chǔ)研究。在蛋白質(zhì)翻譯后修飾位點(diǎn)預(yù)測方面,本文作者從二分類到多類的角度對蛋白質(zhì)翻譯后修飾位點(diǎn)預(yù)測作了部分研究工作。本論文的內(nèi)容主要涉及到以下幾個(gè)方面:第一部分:多元校正(第2章-第4章)稠環(huán)芳烴主要來源于有機(jī)材料的不完全燃燒和熱分解,它廣泛存在于燃燒產(chǎn)品中,這其中就包括了卷煙煙氣。大多稠環(huán)芳烴均具有致癌性或能誘導(dǎo)突變作用,其中最典型的就是苯并[a]芘,它的致癌性最高,被國際癌癥機(jī)構(gòu)認(rèn)定為人類致癌物。因此,對卷煙主流煙氣中苯并[a]芘含量的監(jiān)測有助于我們對煙草質(zhì)量的控制以及評價(jià)其對人類健康危害。目前,對卷煙煙氣中苯并[a]芘含量測定的方法主要是基于色譜法分離后聯(lián)用各類檢測器檢測。此類方法操作繁瑣,耗時(shí)長,分析成本高,不利于作日常檢測手段。本文將中紅外光譜結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)用于開發(fā)一種簡單、快速和非破壞性的穩(wěn)健方法以對卷煙主流煙氣中苯并[a]芘的含量進(jìn)行測定。為了加強(qiáng)校正模型的預(yù)測能力,我們提出了離散粒子群-小波包變換-偏最小二乘(DPSO-WPT-PLS)新算法,并獲得令人滿意的結(jié)果。此外,與其它四種化學(xué)計(jì)量學(xué)算法相比較,數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示DPSO-WPT-PLS具有更優(yōu)異的性能。β-胡蘿卜素是一種天然色素,由于其富有營養(yǎng)并且著色能力強(qiáng),被聯(lián)合國糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織食品添加劑聯(lián)合專家委員會(huì)認(rèn)定的A類優(yōu)秀有營養(yǎng)的食品添加劑。但是食用高劑量β-胡蘿卜素補(bǔ)充劑可能會(huì)產(chǎn)生不良反應(yīng),甚至?xí)黾幽承┘膊〉陌l(fā)生機(jī)率。β-胡蘿卜素性質(zhì)穩(wěn)定、沸點(diǎn)較高,目前較多的使用高效液相色譜檢測技術(shù)進(jìn)行檢測,然而在實(shí)際的樣品檢測中,部分復(fù)雜樣品中會(huì)存在嚴(yán)重干擾從而導(dǎo)致較大的定量誤差。為解決此問題,本文第3章將交替三線性分解算法(ATLD)與高效液相色譜-二極管陣列檢測器(HPLC-DAD)相結(jié)合用于實(shí)際乳粉和飲料樣品中β-胡蘿卜素含量的測定。盡管實(shí)際乳粉和飲料樣品中有基質(zhì)干擾目標(biāo)物的分析,但采用ATLD算法解析色譜數(shù)據(jù),利用“數(shù)學(xué)分離”增強(qiáng)“化學(xué)分離”,實(shí)現(xiàn)了未知干擾組分存在下對目標(biāo)物β-胡蘿卜素的定量分析。此外,HPLCMS方法被用于驗(yàn)證結(jié)果的準(zhǔn)確性,結(jié)果表明,HPLC-MS方法與算法解析結(jié)果之間無顯著性差異。氟喹諾酮類(Fluoroquinolones,FQs)藥物是在污水和表層水體中能夠被檢測出來的常見的一類抗生素。作為抗生素,FQs藥物很難被微生物降解,在污水處理廠(Wastewater Treatment Plant,WWTP)的常規(guī)處理中難以完全消除。UV/H_2O_2高級氧化技術(shù)(Advanced oxidation technologies,AOTs)在處理難降解的有機(jī)物上具有獨(dú)特優(yōu)勢,因此有必要考查FQs藥物基于UV/H_2O_2高級氧化處理的降解行為。本文第4章采用了熒光光譜結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)多維校正法(包括三維PARAFAC算法和四維PARAFAC算法)對水體系中氧氟沙星(OFL)和達(dá)氟沙星(DAN)這兩種FQs藥物基于UV/H_2O_2高級氧化處理的光解動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文采用的方法可同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測OFL和DAN在環(huán)境水樣中的含量變化。值得注意的是,在實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化的過程中,我們用三維PARAFAC算法分別解析出了OFL和DAN在不同p H值下的熒光光譜形態(tài)分布,結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道一致。此外,我們用三維PARAFAC算法還考查了H_2O_2加入量對這兩種FQs藥物的降解速率的影響。熒光光譜結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)多維校正算法這種分析方法不僅節(jié)約樣品預(yù)處理時(shí)間,還能用于實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化,對復(fù)雜體系多組分實(shí)時(shí)定量分析,這對于監(jiān)測待分析物的動(dòng)力學(xué)過程具有潛在應(yīng)用價(jià)值。第二部分:蛋白質(zhì)翻譯后修飾位點(diǎn)預(yù)測(第5章-第6章)蛋白質(zhì)甲基化修飾是一種常見的蛋白質(zhì)翻譯后修飾,它在信號傳導(dǎo)、DNA修復(fù)等很多細(xì)胞進(jìn)程中起到非常巨大的作用。蛋白質(zhì)甲基化位點(diǎn)的識別在理解與之相關(guān)的生物過程中的基本分子機(jī)理起到非常重要的作用。運(yùn)用生物信息學(xué)方法對蛋白質(zhì)甲基化位點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測是一種強(qiáng)而有力的途徑,它方便、經(jīng)濟(jì)并快捷,對可能的蛋白質(zhì)甲基化位點(diǎn)的進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)鑒定提供了便利。在本文第5章中,我們綜合了偽氨基酸組成成分(Pse AAC)和蛋白質(zhì)鏈描述符來全局表征蛋白質(zhì)的序列信息,并運(yùn)用基于粒子群優(yōu)化的支持向量機(jī)算法對蛋白質(zhì)精氨酸甲基化位點(diǎn)進(jìn)行了預(yù)測。我們計(jì)算得到獨(dú)立預(yù)測集的準(zhǔn)確率、靈敏度、特異度和馬修斯相關(guān)系數(shù)分別為98.11%、96.23%、100%和96.30%。這表明我們所提出的分析方法對蛋白質(zhì)精氨酸甲基化位點(diǎn)具有充分的預(yù)測效能。此外,我們還將其與基于不同的特征抽取或分類算法的其它預(yù)測工具進(jìn)行了比較,結(jié)果顯示我們所提出的方法在識別蛋白質(zhì)精氨酸甲基化位點(diǎn)方面具有更好的性能。賴氨酸(K)翻譯后修飾可控制蛋白質(zhì)的活性并繼而影響人類疾病,因此識別賴氨酸(K)殘基翻譯后修飾的狀態(tài)是全面理解蛋白質(zhì)功能的基礎(chǔ)。然而,目前,靠實(shí)驗(yàn)檢測到的所有賴氨酸修飾位點(diǎn)對于通常研究的蛋白組學(xué)僅僅只占一小部分。因此,用于賴氨酸修飾位點(diǎn)識別的計(jì)算機(jī)預(yù)測技術(shù)有可能為研究者提供關(guān)于這些修飾有價(jià)值的指導(dǎo)。目前,針對于研究得最廣泛的四種類型的賴氨酸翻譯后修飾(乙酰化、甲基化、泛素化和SUMO化修飾)位點(diǎn)預(yù)測問題,研究者們已發(fā)展了不少計(jì)算機(jī)預(yù)測方法。但這些方法大都一次只針對一種類型的賴氨酸(K)修飾位點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測,并沒有同時(shí)對蛋白上所有賴氨酸(K)殘基可能修飾的不同類型同時(shí)預(yù)測。在本文第6章中,我們嘗試運(yùn)用基于氨基酸序列的計(jì)算機(jī)預(yù)測方法對蛋白質(zhì)賴氨酸乙�；⒓谆�、泛素化和SUMO化四種修飾位點(diǎn)同時(shí)預(yù)測。我們采用了上一章提出的蛋白質(zhì)序列全局特征信息提取來對氨基酸序列進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)。此外,我們采用了基于回歸的SVM思想構(gòu)建K個(gè)SVM回歸模型,進(jìn)行分類,這避免了不可分現(xiàn)象的產(chǎn)生,也大大減少了分類重疊現(xiàn)象的出現(xiàn),獲得了令人滿意的結(jié)果。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB99

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本文編號：1516737