蛋白質(zhì)是一種重要的生物學(xué)分子,根據(jù)蛋白質(zhì)的氨基酸序列預(yù)測(cè)其三級(jí)結(jié)構(gòu)是一個(gè)富有挑戰(zhàn)的問(wèn)題。其研究成果在理解蛋白質(zhì)的功能,研發(fā)新型藥物等方面都可以發(fā)揮巨大的作用。隨著人類基因組計(jì)劃的完成,基因組測(cè)序技術(shù)測(cè)出了越來(lái)越多的氨基酸序列。與此同行,經(jīng)過(guò)科研人員的不斷探索,如今解析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的主要實(shí)驗(yàn)觀測(cè)方法有X射線晶體學(xué),核磁共振波譜和冷凍電鏡。這些現(xiàn)有方法往往需要耗費(fèi)大量的時(shí)間以及昂貴的財(cái)力,從而導(dǎo)致通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析的速度無(wú)法跟上蛋白質(zhì)序列的飛速增長(zhǎng)。然而,若采用預(yù)測(cè)的方法獲取蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu),現(xiàn)階段預(yù)測(cè)精度不高,其建模結(jié)果可靠性較差。對(duì)此,本文提出利用深度學(xué)習(xí)對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)進(jìn)行輔助建模的方法。其具體研究?jī)?nèi)容如下:1.針對(duì)現(xiàn)階段基于模板建模和從頭建模的主要缺點(diǎn),即基于模板建�？赡苊媾R找不到整條模板或模板質(zhì)量不佳的情況,而從頭建模缺少模板的支撐通常導(dǎo)致預(yù)測(cè)精度不高。本文提出使用模板約束來(lái)輔助從頭建模的方法。該方法綜合了現(xiàn)有主流方法的優(yōu)點(diǎn),即主要思想采用從頭建模的方法,在建模過(guò)程中使用模板提供的額外信息對(duì)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。2.在從頭建模中,本文設(shè)計(jì)兩個(gè)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),通過(guò)整合蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),協(xié)同演化... 

【文章來(lái)源】：湘潭大學(xué)湖南省

【文章頁(yè)數(shù)】：62 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

從頭建模法流程示意圖

懷莆?鞍字實(shí)娜?督峁梗歡嗵蹼牧叢誑占渲邢嗷プ饔茫??緯傻母春銜锝峁刮?鞍?質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。接下來(lái)將分別對(duì)4個(gè)級(jí)別的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)闡述。（1）蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)在構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸序列中兩個(gè)位置相鄰的氨基酸主要是通過(guò)化學(xué)鍵進(jìn)行穩(wěn)定連接的。其過(guò)程主要是由其中一個(gè)氨基酸的氨基與另一個(gè)氨基酸的羰基脫去一個(gè)水分子，即通過(guò)脫水縮合反應(yīng)生成肽鍵。多個(gè)氨基酸通過(guò)肽鍵連接便形成肽鏈（peptide），肽鏈中的氨基酸因?yàn)槭チ藢?duì)應(yīng)的原子，也被稱為殘基（residue）。若一個(gè)聚合物包含多條肽鏈，也別稱為多肽（polypeptide）。如圖2.1所以，一條肽鏈除了首末兩端包含完整的氨基和羰基以外，其余的都經(jīng)過(guò)脫水縮合形成肽鍵以連接兩個(gè)相鄰氨基酸。圖2.1肽鏈片段示意圖

8（2）蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)可以看作是蛋白質(zhì)在三維空間中形成的局部結(jié)構(gòu)。通常一整條肽鏈在三維空間中所呈現(xiàn)的全局構(gòu)象是極不規(guī)則的，但也有研究人員通過(guò)統(tǒng)計(jì)的方法，歸納出了局部肽鏈所呈現(xiàn)的空間結(jié)構(gòu)規(guī)律。比較常用的分類方法有3分類法，即將局部構(gòu)象歸納為α-螺旋（α-helix），β-折疊（β-sheet）以及無(wú)規(guī)則卷曲。如圖2.2所示，α-螺旋作為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中常見(jiàn)的局部結(jié)構(gòu)，主要是肽鏈的主鏈原子呈現(xiàn)出螺旋折疊的構(gòu)象，通常這種構(gòu)象以右手螺旋為多。這種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)通常是由氫鍵固定的，其特點(diǎn)是每個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)上包含3.6個(gè)氨基酸殘基。圖2.2α-螺旋結(jié)構(gòu)示意圖另一種常見(jiàn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)β-折疊如圖2.3所示，這種結(jié)構(gòu)同樣是由于氫鍵的作用。我們可以把β-折疊看成是兩段肽鏈之間的平行展開，并且通常這種平行的肽鏈主鏈帶有鋸齒狀的結(jié)構(gòu)。在自然界中，這種肽鏈的平行方式有平行折疊和反平行折疊兩種。圖2.3β-折疊結(jié)構(gòu)示意圖（3）蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)傾向于描述全局構(gòu)象，因此一般將整條肽鏈在空間中所形成的結(jié)構(gòu)稱為蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)。通常蛋白質(zhì)折疊或蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)都是在蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)上討論的。


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