從頭預(yù)測(cè)氨基酸相互作用及其在蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)建模中的應(yīng)用研究.pdf

1、蛋白質(zhì)作為生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，在生物體的各種細(xì)胞過(guò)程中起著十分重要的作用。研究顯示，蛋白質(zhì)的功能和其空間結(jié)構(gòu)是緊密相聯(lián)的。因此，如果解出了蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)，將有助于了解它的生物功能，然后進(jìn)一步指導(dǎo)藥物設(shè)計(jì)。近些年來(lái)，盡管通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法解出結(jié)構(gòu)的數(shù)量在不斷地增加，但是已知蛋白質(zhì)序列的數(shù)量和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的數(shù)量之間的差距也在不停地變大。幸運(yùn)的是，隨著機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的快速發(fā)展，利用計(jì)算的方法直接從蛋白質(zhì)序列預(yù)測(cè)出其結(jié)構(gòu)已成為一種流行的方法。

2、
　　在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)領(lǐng)域內(nèi)，現(xiàn)有的方法通?？梢詣澐譃槿?lèi)：同源建模的方法、折疊識(shí)別的方法和從頭預(yù)測(cè)的方法。對(duì)于第一類(lèi)和第三類(lèi)方法，都有一個(gè)挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，就是如何得到蛋白質(zhì)序列中氨基酸之間的關(guān)聯(lián)信息，而這些信息將被用作蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)建模的限制條件。在同源建模的方法中，氨基酸相互作用信息大多來(lái)源于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)（PDB）中的同源結(jié)構(gòu)；而在從頭預(yù)測(cè)的方法中，氨基酸相互作用信息主要來(lái)源于基于序列的預(yù)測(cè)結(jié)果。顯然，當(dāng)沒(méi)有找到合適的同源結(jié)

3、構(gòu)時(shí)，采用計(jì)算方法預(yù)測(cè)出來(lái)的結(jié)果將更加精確。
　　在最近的幾十年里，人們提出了很多種預(yù)測(cè)氨基酸相互作用的方法。然而，預(yù)測(cè)精度并不能令人滿意。本文從蛋白質(zhì)序列出發(fā)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)的技術(shù)來(lái)預(yù)測(cè)氨基酸相互作用，并結(jié)合序列比對(duì)的方法實(shí)現(xiàn)了相互作用的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，再將預(yù)測(cè)到的相互作用信息作為限制條件進(jìn)行蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)建模。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，預(yù)測(cè)到的相互作用信息在三維結(jié)構(gòu)建模中是有效的，也因此提高了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的精確度。具體來(lái)說(shuō)，本文解決了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

4、預(yù)測(cè)中的兩個(gè)問(wèn)題：（1）跨膜螺旋（TMH）之間氨基酸相互作用的預(yù)測(cè)；（2）二硫鍵連接模式的預(yù)測(cè)。
　　對(duì)于TMH之間氨基酸相互作用的預(yù)測(cè)，本文提出了一種融合機(jī)器學(xué)習(xí)和共變異分析的新方法。這里，我們用偏相關(guān)性分析來(lái)計(jì)算共變異分?jǐn)?shù)，而機(jī)器學(xué)習(xí)模塊是由集成分類(lèi)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。在此項(xiàng)工作中，共變異分?jǐn)?shù)首次在決策層融合。實(shí)驗(yàn)證明，這兩種方法具有高度互補(bǔ)性，因而大幅提高了預(yù)測(cè)精度，比現(xiàn)有最好的方法要高12.5％。
　　對(duì)于二硫鍵連接模式的預(yù)測(cè)