多元校正和蛋白質(zhì)翻譯后修飾位點預(yù)測中化學(xué)計量學(xué)研究.pdf

1、本文作者通過綜述當(dāng)前化學(xué)計量學(xué)領(lǐng)域中的熱點、難點問題，選擇了化學(xué)計量學(xué)多元校正（定量）和以蛋白質(zhì)翻譯后修飾位點預(yù)測為對象的模式識別（分類）兩方面展開了相關(guān)研究工作。在多元校正方面，本文作者從二維、三維到四維的角度分別對復(fù)雜體系的定量分析問題在算法或應(yīng)用上進(jìn)行了探索性基礎(chǔ)研究。在蛋白質(zhì)翻譯后修飾位點預(yù)測方面，本文作者從二分類到多類的角度對蛋白質(zhì)翻譯后修飾位點預(yù)測作了部分研究工作。本論文的內(nèi)容主要涉及到以下幾個方面：
　　第一部分:多

2、元校正（第2章-第4章）
　　稠環(huán)芳烴主要來源于有機(jī)材料的不完全燃燒和熱分解，它廣泛存在于燃燒產(chǎn)品中，這其中就包括了卷煙煙氣。大多稠環(huán)芳烴均具有致癌性或能誘導(dǎo)突變作用，其中最典型的就是苯并[a]芘，它的致癌性最高，被國際癌癥機(jī)構(gòu)認(rèn)定為人類致癌物。因此，對卷煙主流煙氣中苯并[a]芘含量的監(jiān)測有助于我們對煙草質(zhì)量的控制以及評價其對人類健康危害。目前，對卷煙煙氣中苯并[a]芘含量測定的方法主要是基于色譜法分離后聯(lián)用各類檢測器檢測。此類方

3、法操作繁瑣，耗時長，分析成本高，不利于作日常檢測手段。本文將中紅外光譜結(jié)合化學(xué)計量學(xué)用于開發(fā)一種簡單、快速和非破壞性的穩(wěn)健方法以對卷煙主流煙氣中苯并[a]芘的含量進(jìn)行測定。為了加強(qiáng)校正模型的預(yù)測能力，我們提出了離散粒子群-小波包變換-偏最小二乘(DPS O-WPT-PLS)新算法，并獲得令人滿意的結(jié)果。此外，與其它四種化學(xué)計量學(xué)算法相比較，數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示DPSO-WPT-PLS具有更優(yōu)異的性能。
　　β-胡蘿卜素是一種天然色素，

4、由于其富有營養(yǎng)并且著色能力強(qiáng)，被聯(lián)合國糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織食品添加劑聯(lián)合專家委員會認(rèn)定的A類優(yōu)秀有營養(yǎng)的食品添加劑。但是食用高劑量β-胡蘿卜素補(bǔ)充劑可能會產(chǎn)生不良反應(yīng)，甚至?xí)黾幽承┘膊〉陌l(fā)生機(jī)率。β-胡蘿卜素性質(zhì)穩(wěn)定、沸點較高，目前較多的使用高效液相色譜檢測技術(shù)進(jìn)行檢測，然而在實際的樣品檢測中，部分復(fù)雜樣品中會存在嚴(yán)重干擾從而導(dǎo)致較大的定量誤差。為解決此問題，本文第3章將交替三線性分解算法(ATLD)與高效液相色譜-二極管陣列檢測器

5、(HPLC-DAD)相結(jié)合用于實際乳粉和飲料樣品中β-胡蘿卜素含量的測定。盡管實際乳粉和飲料樣品中有基質(zhì)干擾目標(biāo)物的分析，但采用ATLD算法解析色譜數(shù)據(jù)，利用“數(shù)學(xué)分離”增強(qiáng)“化學(xué)分離”，實現(xiàn)了未知干擾組分存在下對目標(biāo)物β-胡蘿卜素的定量分析。此外，HPLC-MS方法被用于驗證結(jié)果的準(zhǔn)確性，結(jié)果表明，HPLC-MS方法與算法解析結(jié)果之間無顯著性差異。
　　氟喹諾酮類(Fluoroquinolones，F(xiàn)Qs)藥物是在污水和表層水體

6、中能夠被檢測出來的常見的一類抗生素。作為抗生素，F(xiàn)Qs藥物很難被微生物降解，在污水處理廠(Wastewater Treatment Plant，WWTP)的常規(guī)處理中難以完全消除。UV/H2O2高級氧化技術(shù)(Advanced oxidation technologies，AOTs)在處理難降解的有機(jī)物上具有獨特優(yōu)勢，因此有必要考查FQs藥物基于UV/H2O2高級氧化處理的降解行為。本文第4章采用了熒光光譜結(jié)合化學(xué)計量學(xué)多維校正法（包括三

7、維PARAFAC算法和四維PARAFAC算法）對水體系中氧氟沙星(OFL)和達(dá)氟沙星(DAN)這兩種FQs藥物基于UV/H2O2高級氧化處理的光解動力學(xué)進(jìn)行了研究。實驗結(jié)果表明，本文采用的方法可同時實時監(jiān)測OFL和DAN在環(huán)境水樣中的含量變化。值得注意的是，在實驗條件優(yōu)化的過程中，我們用三維PARAFAC算法分別解析出了OFL和DAN在不同pH值下的熒光光譜形態(tài)分布，結(jié)果與文獻(xiàn)報道一致。此外，我們用三維PARAFAC算法還考查了H2O2

8、加入量對這兩種FQs藥物的降解速率的影響。熒光光譜結(jié)合化學(xué)計量學(xué)多維校正算法這種分析方法不僅節(jié)約樣品預(yù)處理時間，還能用于實驗條件優(yōu)化，對復(fù)雜體系多組分實時定量分析，這對于監(jiān)測待分析物的動力學(xué)過程具有潛在應(yīng)用價值。
　　第二部分:蛋白質(zhì)翻譯后修飾位點預(yù)測（第5章-第6章）
　　蛋白質(zhì)甲基化修飾是一種常見的蛋白質(zhì)翻譯后修飾，它在信號傳導(dǎo)、DNA修復(fù)等很多細(xì)胞進(jìn)程中起到非常巨大的作用。蛋白質(zhì)甲基化位點的識別在理解與之相關(guān)的生物過程

9、中的基本分子機(jī)理起到非常重要的作用。運(yùn)用生物信息學(xué)方法對蛋白質(zhì)甲基化位點進(jìn)行預(yù)測是一種強(qiáng)而有力的途徑，它方便、經(jīng)濟(jì)并快捷，對可能的蛋白質(zhì)甲基化位點的進(jìn)一步實驗鑒定提供了便利。在本文第5章中，綜合了偽氨基酸組成成分(PseAAC)和蛋白質(zhì)鏈描述符來全局表征蛋白質(zhì)的序列信息，并運(yùn)用基于粒子群優(yōu)化的支持向量機(jī)算法對蛋白質(zhì)精氨酸甲基化位點進(jìn)行了預(yù)測。我們計算得到獨立預(yù)測集的準(zhǔn)確率、靈敏度、特異度和馬修斯相關(guān)系數(shù)分別為98.11％、96.23％、

10、100％和96.30％。這表明我們所提出的分析方法對蛋白質(zhì)精氨酸甲基化位點具有充分的預(yù)測效能。此外，我們還將其與基于不同的特征抽取或分類算法的其它預(yù)測工具進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示我們所提出的方法在識別蛋白質(zhì)精氨酸甲基化位點方面具有更好的性能。
　　賴氨酸(K)翻譯后修飾可控制蛋白質(zhì)的活性并繼而影響人類疾病，因此識別賴氨酸(K)殘基翻譯后修飾的狀態(tài)是全面理解蛋白質(zhì)功能的基礎(chǔ)。然而，目前，靠實驗檢測到的所有賴氨酸修飾位點對于通常研究的蛋白

11、組學(xué)僅僅只占一小部分。因此，用于賴氨酸修飾位點識別的計算機(jī)預(yù)測技術(shù)有可能為研究者提供關(guān)于這些修飾有價值的指導(dǎo)。目前，針對于研究得最廣泛的四種類型的賴氨酸翻譯后修飾（乙?；?、甲基化、泛素化和SUMO化修飾）位點預(yù)測問題，研究者們已發(fā)展了不少計算機(jī)預(yù)測方法。但這些方法大都一次只針對一種類型的賴氨酸(K)修飾位點進(jìn)行預(yù)測，并沒有同時對蛋白上所有賴氨酸(K)殘基可能修飾的不同類型同時預(yù)測。在本文第6章中，我們嘗試運(yùn)用基于氨基酸序列的計算機(jī)預(yù)測方