基于多分类器组合的蛋白质结构预测研究（可复制毕业论文）.pdf

西北业人学硕学位论义人





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西北二业大学硕学位论文第一帝绪论
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第—早绪论
随着人类基因组计划在世界范围内的顺利展开,有关核酸、蛋白
质的序列和结构数据呈指数增长。面对巨大而复杂的数据,运用计算机管理数
据、控制误差、加速分析过程势在必行。从世纪年代末开始,生物信息
学逐渐兴起并蓬勃发展。近年来,随着计算机和因特网技术的
广泛应用,更是为生物信息的传递提供了硬件基础和便利条件〔
,研究背景
生物信息学是在生命科学的研究中,以计算机为工具对生物信息进行储
存、检索和分析的科学。它是当今生命科学和自然科学的重大前沿领域之一,
同时也将是世纪自然科学的核心领域之一。生物信息学是以生物大分子
序列和蛋白质为分析对象,运用信息科学、计算机科学、生物计算数
学、物理科学、比较生物学科学等学科的观点和方法对其进行分析,研究生物
大分子所含的各种信息,特别是序列中的遗传及调控信息,研究蛋白质
序列与结构及功能之间的关系。生物信息学研究的目的在于通过这样的分析逐
步认识生命的起源、进化、遗传和发育的本质,破译隐藏在序列中的遗
传语言,揭示人体生理和病理过程的分子基础,为人类疾病的诊断、预防和治
疗提供最合理的和有效的方法或途径〔
在这个生物信息学的快速发展时期,引人注目的是结构生物学的发展。近
几年来,测出一级序列与解析出空间结构的蛋白质数量呈指数增长。人们对蛋
白质结构和功能的认识日益加深,尤其是近年来,无论对蛋白质结构了解的
广度和深度,还是在蛋白质结构研究的方法和手段方面,都有了很大的飞跃。
从信息学角度来看,生物分子是生物信息的载体,如核昔酸序列对蛋
白质氨基酸序列进行编码,蛋白质序列决定蛋白质结构这是目前基本公认的
假设,而蛋白质结构又决定了蛋白质功能。归根到底,序列包含了基本的
生物信息,也就是说,生命的信息存储在四种字符组成的序列
中。生物大分子蛋白质则执行着有机体内各项重要的任务,如生化反应的催化、
营养的运输、信号的识别与传递等。
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西北工业大学硕士学位论文第一章绪论
蛋白质是生命科学的重要研究对象,基因是生物细胞中的遗传物质,基因
必须以蛋白质形式表达出来,才能显示出生物的各种遗传性状。因此,蛋白质
的研究在生命科学中是至关重要的。从细胞分裂到细胞运动,从代谢到免疫,
己知的生物功能没有一个是离开蛋白质能实现的。一个典型的细胞可能含有
万种左右不同的蛋白质,在细胞的生命中每一种蛋白质都有其自己的使命。研
究蛋白质的功能需要深入了解他们的结构,特别是空间结构三维结构,因
为结构决定功能。生命的功能和它的结构是同一的。有什么样的结构必定有什
么样的功能,反之亦然。只有了解了蛋白质的结构,才能对现有蛋白质进行结
构改造,从而有目的地改变其功能,例如设计艾滋病病毒转蛋白酶抑制剂,就
必须对该酶蛋白质的结构有相当的了解。当今,如果没有蛋白质三维结构的确
切知识,很难对生物学很多领域进行深入的研究。蛋白质空间结构已经成为生
物学家迫切要求了解和掌握的知识了〔
蛋白质结构预测主要方法
目前,研究蛋白质空间结构的试验方法主要有射线晶体学方法、多维核磁
共振等方法射线晶体学方法是迄今为止研究蛋白质结构最有效的
方法,但是所需的蛋白质晶体难以培养,且晶体结构测定的周期较长。多维核
磁共振方法可以直接测定蛋白质在溶液中的构想,但由于对样品的需要量大、
纯度高,被测定的蛋白质的分子量一般不超过万等,因而也受到很大限制。虽
然射线晶体学和技术大规模的应用,使得蛋白质结构测定方面有了显著的
进步,但蛋白质结构测定的数目是远远不能与所确定的序列数目相比拟的。例
如截止年月蛋白质序列数据库己存储了大约个记录
冗余度较低,蛋白质结构数据库中测定的蛋白质结构大约为个,
而且数据库中存在大量的冗余。与此相似的是,由于缺乏高度自动化地确定
蛋白质功能的技术,蛋白质功能所能确定的数目与序列之间的差距亦越来越大。
所有蛋白质的空间结构和功能都通过实验测定是不现实的,因而有必要发展一
种可靠的理论预测方法,借助于计算的手段来得到某种程度的解决。也就是从
蛋白质的一级序列出发预测蛋白质的空间结构和功能分析预测基因在翻译表
达方面的调控机制以及建立细胞水平的新陈代谢模型等等。
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西北工业大学硕上学位论文第一章绪论
年,等人通过实验证明蛋白质的氨基酸序列决定其三维结构
这是分子生物学的一个中心定理序列规定构想。而且随着人类基因组计划在
世界范围内的顺利展开,人类已获得大量以测定氨基酸序列的蛋白质,其增长
速度异常迅速,因而利用蛋白质的一级结构所