蛋白質(zhì)局部二級結(jié)構(gòu)的對偶四元數(shù)建模與比較.pdf

1、蛋白質(zhì)局部二級結(jié)構(gòu)的建模與比較是生物信息學(xué)的中心問題之一。任何關(guān)于蛋白質(zhì)功能的思考與討論都需要圍繞蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進行展開。在以往的研究中常借助空間坐標對蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)進行描述，但由于數(shù)據(jù)較多，利用傳統(tǒng)算法提取的二級結(jié)構(gòu)幾何信息相對于整體而言是不全面的。本文采用對偶四元數(shù)，針對蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)建模與比較提出兩種方法。
　　在蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)建模中，將對偶四元數(shù)這一算法應(yīng)用其中。算法以當(dāng)前肽平面為待擬合平面，下一肽平面為匹配平面，利用對

2、偶四元數(shù)統(tǒng)一表達相鄰肽平面之間的旋轉(zhuǎn)和平移，構(gòu)造兩個平面的最小二乘擬合方程，并對系列擬合方程進行疊加，求取對偶四元數(shù)序列，實現(xiàn)蛋白質(zhì)局部二級結(jié)構(gòu)的擬合。并在此基礎(chǔ)上提取蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)幾何信息特征量，設(shè)定閾值，實現(xiàn)蛋白質(zhì)螺旋的檢測。通過對SCOP數(shù)據(jù)庫中的100個蛋白質(zhì)進行α螺旋檢測，得到91.3％的精度結(jié)果。由此驗證了應(yīng)用對偶四元數(shù)于蛋白質(zhì)局部二級結(jié)構(gòu)描述與建模的簡潔性與高效性。
　　在結(jié)構(gòu)比較方法中，結(jié)構(gòu)相似的顯著性比較常常由相

3、同結(jié)構(gòu)的殘基數(shù)目及蛋白質(zhì)間均方根偏差RMSD的分數(shù)來衡量。由于計算過程復(fù)雜，本文提出蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)比較的對偶四元數(shù)距離方法。算法首先利用對偶四元數(shù)對兩蛋白質(zhì)進行結(jié)構(gòu)配準，將提取的幾何特征參數(shù)及三維坐標數(shù)據(jù)擬合到對稱正定矩陣中。再將對稱正定矩陣轉(zhuǎn)換為對偶四元數(shù)的形式，利用對偶四元數(shù)之間的距離來度量兩個蛋白質(zhì)局部二級結(jié)構(gòu)的相似性。通過三組實驗，從不同的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)和算法分別驗證本方法的可行性與有效性。選取十組較難識別的蛋白質(zhì)進行結(jié)構(gòu)比較，其匹配精