11021.蛋白質(zhì)殘基共進(jìn)化的幾種互信息數(shù)學(xué)模型

1、博士學(xué)位論文蛋白質(zhì)殘基共進(jìn)化的幾種互信息數(shù)學(xué)模型SeveralMutualInformationbasedModelsforMeasuringCoevolutionbetweenProteinResidues作者姓名：學(xué)科、專業(yè)：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：完成日期：高洪韻基礎(chǔ)數(shù)學(xué)10801031王軍教授2014年6月10日大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要進(jìn)化是指種群里的遺傳性狀在世代

2、之間的變化。共進(jìn)化是生物體或生物分子中成對(duì)出現(xiàn)的對(duì)應(yīng)改變。蛋白質(zhì)共進(jìn)化是指為了維持蛋白質(zhì)功能性或結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，對(duì)應(yīng)于殘基突變出現(xiàn)的補(bǔ)償突變。研究蛋白質(zhì)共進(jìn)化可以窺探功能蛋白質(zhì)的作用過(guò)程，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)重要功能結(jié)構(gòu)位點(diǎn)。在本博士論文中，我們改進(jìn)了共進(jìn)化互信息模型，并且提出新的共進(jìn)化互信息模型。首先改進(jìn)共進(jìn)化互信息模型，使得模型更加符合自然規(guī)律；其次對(duì)氨基酸物理化學(xué)性質(zhì)分類進(jìn)行共進(jìn)化度量：第三利用凡維互信息將雙殘基共進(jìn)化互信息模型擴(kuò)展到多殘基共進(jìn)化互

3、信息模型：最后通過(guò)度量基于鄰近殘基共進(jìn)化關(guān)系的子序列對(duì)相關(guān)度，發(fā)現(xiàn)新的共進(jìn)化性質(zhì)。具體安排如下：1、在第二章中，提出整合氨基酸背景頻率的共進(jìn)化互信息模型(MIB)。為了消除進(jìn)化壓力對(duì)氨基酸出現(xiàn)頻率的影響，利用氨基酸背景頻率修正互信息中的邊緣頻率分布，使得統(tǒng)計(jì)頻率符合自然界規(guī)律，進(jìn)而預(yù)測(cè)功能位點(diǎn)。2、在第三章中，提出氨基酸物理化學(xué)性質(zhì)的共進(jìn)化互信息模型(MIP)。為了去除氨基酸背景頻率對(duì)共進(jìn)化度量的影響，我們結(jié)合了MIB模型到MIP模型中

4、，提出去除氨基酸背景頻率的殘基物理化學(xué)性質(zhì)的互信息模型(MIBP)。蛋白質(zhì)功能結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)一定程度基于氨基酸殘基的物理化學(xué)性質(zhì)。將20種氨基酸按照物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行十分類，利用互信息模型度量雙殘基的氨基酸物理化學(xué)性質(zhì)的共進(jìn)化程度，從新的角度對(duì)雙殘基共進(jìn)化進(jìn)行描述。3、在第四章中，提出預(yù)測(cè)多殘基共進(jìn)化的n維互信息模型(nDMI)。實(shí)驗(yàn)證明多殘基參與蛋白質(zhì)共進(jìn)化過(guò)程，利用互信息矩陣及其特征值度量多殘基共進(jìn)化程度，結(jié)果表明nDMI模型可以識(shí)別多殘