基于局部特征的蛋白質三維結構相似性研究
發(fā)布時間：2021-11-15 23:27
在生命體中蛋白質是組成一切細胞和組織的重要成分,是生命活動的承擔者。已有生物學家證明了蛋白質結構和功能的統(tǒng)一性,即生物功能相似的蛋白質在結構上也是相似的,并且蛋白質的生物功能最終由其三維空間結構決定。因此,研究蛋白質三維結構的相似性對于發(fā)掘蛋白質生物功能以及理解生命體發(fā)展規(guī)律均有重要意義�，F(xiàn)有的相關研究主要是基于傳統(tǒng)計算的方法來比較蛋白質三維結構,但大多數(shù)方法往往容易忽略一些有實際生物意義的特征量,并且沒有考慮數(shù)據(jù)的冗余性,導致計算的相似性不夠準確,在計算上也比較耗時,難以滿足對未知蛋白質日益增長的研究需求。因此本文在前人研究的工作基礎上,將從以下兩個方面進行研究:（1）自適應的局部特征頻率向量（ALFF）。ALFF是本文提出的一種使用局部特征發(fā)生的頻率來表示蛋白質的方法,首先可以通過蛋白質C?原子骨架來計算C?距離矩陣,用C?距離矩陣劃分出的部分具有代表性的子矩陣表示蛋白質的局部特征,子矩陣的大小m使用OTSU算法根據(jù)數(shù)據(jù)集的特點確定最合適的值,劃分出所有可能的子矩陣之后使用Mean Shift算法對所有的子矩陣聚類,...
【文章來源】：廣西大學廣西壯族自治區(qū) 211工程院校
【文章頁數(shù)】：71 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
PDB蛋白質數(shù)量的增長趨勢
廣西大學碩士學位論文基于局部特征的蛋白質三維結構相似性研究5(,)=min[√1∑‖()‖2](1-1)最小，這種方法稱為RMSD方法，是最早提出并且引用最廣泛的方法。如果RMSD的計算得到的結果（即兩個蛋白質的偏差）為0，說明這兩個蛋白質是完全相同的結構；圖1-2蛋白質的骨架配準Fig.1-2Thergistrationofproteinbackbone如果結果比較小，則被認為是相似的，實驗表明，C原子數(shù)量在150個以上的一對蛋白質，如果它們的均方根差結果小于2，則說明這兩個蛋白質是相似的[34]；其他RMSD的值就分很多種情況解釋[35]。顯然，RMSD方法有一些局限性：一方面，它的計算結果和兩個蛋白質的長度有很大的關系，同樣的數(shù)值結果對于長度不一樣的蛋白質可能代表不一樣的相似度。另一方面，由于計算需要任意兩個原子逐個匹配，計算量比較大，必要時不得不采取優(yōu)化手段減少搜索空間[36]。另外，當被比較的蛋白質的局部結構差距比較大時，計算結果受到的影響會比較大，這樣的結果忽略了生物學意義[37]。蛋白質的骨架坐標優(yōu)化配準屬于NP難題，這讓在大多相似性度量下的結構配準都不一定能保證哪
廣西大學碩士學位論文基于局部特征的蛋白質三維結構相似性研究8可以作為頂點。將集合G=(V,E)表示蛋白質三維拓撲結構時，Graph頂點單元利用二級結構、側鏈和原子等氨基酸鏈形成的空間三維體子結構，關系邊代表蛋白質結構內部不同單元間的作用關系。Graph構造完成之后，通過同構分析可以比較蛋白質結構的相似度，分析Graph對應關聯(lián)矩陣和對應的Laplace矩陣提取蛋白質結構圖所包含的不變特征和拓撲一致的聚類信息，并推測出各種功能對應的結構模式，從而推出蛋白質三維結構之間的相似性。Hu等人[48]深入研究了Graph的一種特殊情況，用Graph的“頂點”代表蛋白質鏈的骨架原子，“邊”代表頂點之間是否鄰接的關系，把蛋白質結構映射成一個對稱的鄰接矩陣C,當兩個殘基i和j鄰接的時候，C(i,j)=1；當兩個殘基i和j不是鄰接時，C(i,j)=0。其中，兩個i和j殘基鄰接指的是它們的三維空間距離小于設置的某個閾值，這樣鄰接矩陣可以較好地幫助識別蛋白質結構中的規(guī)則二級結構。Ulavappa等人[49]提出了一種基于Graph劃分的方法，將一對蛋白質三維結構轉換為2D圖（無向加權圖），接著把2D圖劃分為子圖，然后將子圖與主圖進行匹配，最后這些子圖將計算匹配蛋白質對之間的相似度，計算過程如圖1-3所示，這種方法不僅考慮了鍵，還考慮了非鍵原子團簇，在時間復雜度和準確度上比較有效，提供了非鍵原子存在的相互作用和子圖表達二級結構的其他信息。圖1-3基于Graph劃分子圖計算蛋白質相似性Fig.1-3CalculateproteinsimilaritybasedonGraphdividingsub-graphs
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Otsu閾值分割法特點及其應用分析[J]. 袁小翠,黃志開,馬永力,劉寶玲. 南昌工程學院學報. 2019(01)
[2]目標跟蹤算法綜述[J]. 孟琭,楊旭. 自動化學報. 2019(07)
[3]蛋白質三維結構相似性比較方法綜述[J]. 彭群生,胡敏. 計算機輔助設計與圖形學學報. 2006(10)
博士論文
[1]蛋白質結構的空間分布特征研究[D]. 胡敏.浙江大學 2008
本文編號：3497713
【文章來源】：廣西大學廣西壯族自治區(qū) 211工程院校
【文章頁數(shù)】：71 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
PDB蛋白質數(shù)量的增長趨勢
廣西大學碩士學位論文基于局部特征的蛋白質三維結構相似性研究5(,)=min[√1∑‖()‖2](1-1)最小，這種方法稱為RMSD方法，是最早提出并且引用最廣泛的方法。如果RMSD的計算得到的結果（即兩個蛋白質的偏差）為0，說明這兩個蛋白質是完全相同的結構；圖1-2蛋白質的骨架配準Fig.1-2Thergistrationofproteinbackbone如果結果比較小，則被認為是相似的，實驗表明，C原子數(shù)量在150個以上的一對蛋白質，如果它們的均方根差結果小于2，則說明這兩個蛋白質是相似的[34]；其他RMSD的值就分很多種情況解釋[35]。顯然，RMSD方法有一些局限性：一方面，它的計算結果和兩個蛋白質的長度有很大的關系，同樣的數(shù)值結果對于長度不一樣的蛋白質可能代表不一樣的相似度。另一方面，由于計算需要任意兩個原子逐個匹配，計算量比較大，必要時不得不采取優(yōu)化手段減少搜索空間[36]。另外，當被比較的蛋白質的局部結構差距比較大時，計算結果受到的影響會比較大，這樣的結果忽略了生物學意義[37]。蛋白質的骨架坐標優(yōu)化配準屬于NP難題，這讓在大多相似性度量下的結構配準都不一定能保證哪
廣西大學碩士學位論文基于局部特征的蛋白質三維結構相似性研究8可以作為頂點。將集合G=(V,E)表示蛋白質三維拓撲結構時，Graph頂點單元利用二級結構、側鏈和原子等氨基酸鏈形成的空間三維體子結構，關系邊代表蛋白質結構內部不同單元間的作用關系。Graph構造完成之后，通過同構分析可以比較蛋白質結構的相似度，分析Graph對應關聯(lián)矩陣和對應的Laplace矩陣提取蛋白質結構圖所包含的不變特征和拓撲一致的聚類信息，并推測出各種功能對應的結構模式，從而推出蛋白質三維結構之間的相似性。Hu等人[48]深入研究了Graph的一種特殊情況，用Graph的“頂點”代表蛋白質鏈的骨架原子，“邊”代表頂點之間是否鄰接的關系，把蛋白質結構映射成一個對稱的鄰接矩陣C,當兩個殘基i和j鄰接的時候，C(i,j)=1；當兩個殘基i和j不是鄰接時，C(i,j)=0。其中，兩個i和j殘基鄰接指的是它們的三維空間距離小于設置的某個閾值，這樣鄰接矩陣可以較好地幫助識別蛋白質結構中的規(guī)則二級結構。Ulavappa等人[49]提出了一種基于Graph劃分的方法，將一對蛋白質三維結構轉換為2D圖（無向加權圖），接著把2D圖劃分為子圖，然后將子圖與主圖進行匹配，最后這些子圖將計算匹配蛋白質對之間的相似度，計算過程如圖1-3所示，這種方法不僅考慮了鍵，還考慮了非鍵原子團簇，在時間復雜度和準確度上比較有效，提供了非鍵原子存在的相互作用和子圖表達二級結構的其他信息。圖1-3基于Graph劃分子圖計算蛋白質相似性Fig.1-3CalculateproteinsimilaritybasedonGraphdividingsub-graphs
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Otsu閾值分割法特點及其應用分析[J]. 袁小翠,黃志開,馬永力,劉寶玲. 南昌工程學院學報. 2019(01)
[2]目標跟蹤算法綜述[J]. 孟琭,楊旭. 自動化學報. 2019(07)
[3]蛋白質三維結構相似性比較方法綜述[J]. 彭群生,胡敏. 計算機輔助設計與圖形學學報. 2006(10)
博士論文
[1]蛋白質結構的空間分布特征研究[D]. 胡敏.浙江大學 2008
本文編號：3497713
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