蛋白质分子分类及三维建模研究

【摘要】：蛋白质分类问题是蛋白质科学研究中的一个重要部分,近年来引起了广大学者地关注。为了全面揭示蛋白质的组成结构以及相关功能,对蛋白质分类问题的研究就成为了很重要的研究课题,并且蛋白质分类问题在生物物理学的理论研究和实践研究方面均具有极其重要作用。蛋白质分类问题的研究在预测蛋白质的结构以及功能方面具有重要的应用。目前利用小波分析变化方法,预测蛋白质结构分类问题中的非同源蛋白质的二级结构有较高的准确率。同时随着分子图形学的不断发展,根据现有蛋白质结构数据库对已知蛋白质分子三维结构进行可视化研究,则可以更加直观、清晰的获得蛋白质结构与生物功能相关的信息。本文主要内容如下。1)给出了蛋白质分类问题中的一般研究方法以及X射线衍射法。分类研究方法中阐述了蛋白质的四级分类结构层次及X射线衍射原理,主要给出了该原理的布拉格方程详细推导过程和X射线衍射法在生物及医学成像中的应用。2)基于小波分析方法对蛋白质结构进行了分类。首先从蛋白质数据库中获取蛋白质的一级序列,对序列中各氨基酸的特征值和疏水基进行5阶harr小波分析;然后通过小波分析的图形发现其相关性,小波分析后的数据进行计算,发现了蛋白质各氨基酸特征值和疏水基能力的互相关系数与蛋白质结构分类有关;最后在PDB网站随机下载180组蛋白质的氨基酸序列,对此方法进行检验,结果显示:a类、β类蛋白质分子分类的准确率均达到89.65%,αβ类蛋白质分子分类的准确率达到92.86%,研究结果表明小波分析方法在蛋白质结构分类中是有效的。3)对两类结构相似蛋白质的建模比对分析,关于两类序列不同而结构相似的蛋白质进行三维建模分析。首先分析了VDW模型、球棍模型、飘带模型等蛋白质分析建模模型;然后基于X射线衍射原理对血红蛋白和肌红蛋白建立了球棍模型、球体模型、以及卡通模型三种模型,并对其基于5阶harr小波变换进行了比对,研究结果表明:他们的序列存在很大的差异性,从卡通模型中我们可以明显看出两类蛋白质均为单链α类蛋白质,他们的螺旋类型导致了其功能的相似性。