基于蛋白序列图形表示的膜蛋白结构与功能预测研究

目前80％临床使用药物的靶点集中在膜蛋白上，大多数药物通过与膜蛋白结合起作用。虽然膜蛋白具用重要功能，但其空间结构却很难确认, 从理论上预测这类蛋白质的结构是一个重要的基础性研究。我们将针对与临床药物相关的膜蛋白序列，用数学映射将氨基酸转换为空间中的点，引入蛋白质序列的图形表示，把符号序列转换为几何图形处理，实现蛋白质序列的可视化。利用蛋白序列的图形表示及其数值特征，建立蛋白质序列与空间曲线的对应关系并进行数值化描述，提取药物相关膜蛋白的序列结构特征，特别是跨膜区域的相关信息对应的数学描述，重点研究跨膜区域及其结构模式相关信息的数学描述，挖掘药物相关膜蛋白序列中氨基酸残基的相对分布、非极性侧链位置分布、跨膜区域的基序等相关信息。建立计算模型，进行仿真、预测药物相关膜蛋白的跨膜区和跨膜区结构,构建蛋白质相互作用网络，实现研究其功能的目标。此项目对膜蛋白的理论和应用研究都有重要的科学意义。

项目以临床药物相关的膜蛋白序列为研究对象，利用数学方法，在“转换成图”这一思想的基础上，对已有的方法进一步发展，建立数学映射将氨基酸转换为空间中的点，给出了几种具有数学意义和生物学意义的药物相关膜蛋白序列图形表示，把符号序列转换为几何图形处理，实现蛋白质序列的可视化。基于蛋白序列的图形表示及其数值特征，建立蛋白质序列与空间曲线的对应关系并进行数值化描述，研究了某些膜蛋白的相似性比较和进化分析，使蛋白质序列的分析与比较更有效。研究取得了如下成果：.1)分别根据三联体遗传密码中的对应关系和6阶反射Gray编码，氨基酸的理化指标和每个氨基酸与临近氨基酸的关系，氨基酸的理化性质分类，给出几类蛋白质序列的图形表示。利用数值刻画建立数学模型描述蛋白质序列，给出相应的膜蛋白相似性比较和分析算法分析比较蛋白序列。 .2)改进了以前的图形表示中迭代函数中的两个重要参数，首次提出利用异参数迭代函数构造蛋白质序列的图形表示，结合模糊集分析方法提出了一种新的蛋白质序列比较的算法，利用不同物种的膜蛋白ND5和ND6验证了我们提出的方法的可行性和实用性。.3) 利用构造的蛋白图形表示，分析不同亚型的禽流感病毒的膜蛋白HA，通过进化分析发现HA蛋白的进化主要是由宿主和病毒的地理位置有关，并以此推断13年大爆发的H7N9流感病毒进化的途径和我国感染人的H7N9病毒的来源。.4)利用马尔科夫模型和支持向量机，提出了一种判断基于模板DNA的PCR扩增难易程度的预测模型，并给出可能影响PCR扩增的某些因素。.总之，本项目的研究对蛋白组学的分析研究提供了丰富的数学工具和方法，研究达到了预期的目标，取得了一系列科研成果，其中发表论文17篇，其中SCI检索论文16篇，EI检索论文2篇。