隨著人類和其他幾個物種基因組計劃的完成,基因圖譜也正式繪制出來,生命科學進入后基因組時代。人們亟待了解那些數(shù)以億計的基因序列所對應的功能是什么。由遺傳學中心法則可以知道,蛋白質是由基因指導合成,而蛋白質既是構成生命體的主要成分,也是生命活動的主要執(zhí)行者,因此我們可以通過研究蛋白質的功能來研究對應的基因功能。因為蛋白質的功能主要由其三級結構決定,所以蛋白質三級結構的研究對于理解基因組數(shù)據(jù)至關重要。然而,目前只有小部分蛋白質的三級結構是已知的。因此,如何有效預測蛋白質三級結構成為計算結構生物學中一個非常重要且具有挑戰(zhàn)性的問題。目前常用的蛋白質三維結構預測方法是從頭預測(Ab initio)法。使用從頭預測方法,可以預測出大量稱為預測集的候選蛋白質結構,但是從預測得到的預測集中選擇良好的近天然蛋白質結構是一個難題。在這項工作中,我們設計了一種基于Contact Map Overlap(CMO)和Graphlet子圖節(jié)點度的相似性從預測集中選擇近原生蛋白結構的新方法。通過將graphlet擴展到有序圖,并使用引入動態(tài)空位罰分的動態(tài)規(guī)劃算法來選擇最佳的匹配序列,通過定義GR_score來評價兩個蛋白質三維結構之間的相似性。最后,使用集成聚類方法在預測集中選擇近天然蛋白質結構,在這里的近天然蛋白質結構指的是聚類簇的中心結構。實驗表明,與I-TASSER中使用的SPICKER方法相比,本課題中所提出的方法選擇得到的近天然蛋白質結構與天然蛋白質結構之間具有更好的相似性,也就是說二者之間通過計算得到的相似性分數(shù)值更高。
【學位單位】：蘭州大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：Q51;Q811.4
【部分圖文】：

通過判決基因及其序列，最終達到破譯人類遺傳信息的目的。人類基因組計劃中實質的內容便是人類基因組的 DNA 序列，人類基因組的計劃開始、爭論的焦點、主要分歧等都是圍繞著基因序列圖譜展開的。2003 年，DNA 雙螺旋結構模型發(fā)表 50 周年前夕，參與人類基因組計劃的六個國家的領導人簽署文件，在六國科學家共同發(fā)表聲明之后，宣告人類基因組序列圖譜繪制正式完成。隨著人類基因組計劃的完成，基因工程正式進入了“后基因組時代”�；蛐蛄械墨@得使得人們可以更為準確的了解生物體的奧秘。但是單單從基因序列的角度并不能完整的闡述生物體的功能[1]，主要的原因有兩個：1.生物體的核苷酸序列并不會直接參與生物體的新陳代謝，相反的是，通過圖 1-1 所示的遺傳學中心法則中[2]，DNA 通過轉錄生成 RNA 后，經過翻譯以后生成蛋白質，最后蛋白質通過控制人生物體的新陳代謝來調控生物體的生命活動，進而表現(xiàn)出基因的遺傳特性。為了更加全面的發(fā)掘生物體自身的變化，了解生命體的衰老過程，知曉疾病的發(fā)病機制就必須從基因的表達產物蛋白質入手。2.由于大量的基因序列信息使得科學家并不能完成相關的計算。因此在認識到蛋白質對于生物體功能闡述的重要性后，“蛋白質組學”應用而生。

蘭州大學碩士學位論文 基于有序 Graphlet 相似性度量的近天然蛋白質結構選取蛋白質分子的多肽鏈不是線性延伸的，而是具有相對穩(wěn)定的空間結構，這是折疊和盤曲特有的。蛋白質的生物活性和性質主要取決于空間結構的完整性。因此，僅僅確定蛋白質分子的氨基酸組成及其排列順序，并不能充分了解蛋白質分子的生物活性和理化性質。因此就需要得知蛋白質的空間結構，其空間結構指的是蛋白質的二級、三級和四級結構。

圖 2-1 蛋白質的一級結構示意圖 蛋白質二級結構蛋白質的二級結構是指蛋白質多肽鏈中的規(guī)律重復，僅限于主鏈原子的排列，不包括肽鏈和側鏈的其他部分。二級結構主要有 α-螺旋型、β-折轉角型。目前常見的蛋白質二級結構包含 α-螺旋型和 β-折疊型，兩種圖如 2-2 所示。蛋白質的二級結構是其空間結構的基本單元。

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本文編號：2815828