以分子动力学模拟探究苹果酸脱氢酶的嗜极机制

为了研究嗜热酶、嗜冷酶在极端温度下维持稳定性和活性的机制,本文通过分子动力学模拟的方法,从原子尺度上分析了嗜热苹果酸脱氢酶及其同源嗜冷酶的分子动力学特性。数据显示嗜热酶所形成的盐桥和氢键明显多于嗜冷酶。通过比较均方根偏差、回旋半径、氨基酸残基的柔性等值,发现嗜热酶的结构较非嗜热酶更具刚性。盐桥、氢键数目的不同和整体结构的刚柔性,很可能会是嗜热、嗜冷酶在极端温度下能维持结构稳定的主要原因。     

环糊精葡葡萄糖基转移酶热稳定性的研究

环糊精葡萄糖基转移酶(CGTase;EC 2.4.1.19)是一种重要的环糊精生产工业用酶,该转移酶能进行环化、偶合、歧化、水解4种反应.环糊精广泛的用于食品、医药、化妆品、农业和化学工业等生产领域,为了提高环糊精的产量,需要CGTase具有更高的热稳定性.合理的设计耐热蛋白已经成为研究热点.在本文中,首次使用分子动力学模拟研究CGTase热稳定性,以补充实验上不易获得的原子能级和时间相关的信息.使用同源建模方法构建环糊精葡糖基转移酶及其突变体的三维结构,研究氨基酸的突变对CGTase酶耐热性的影响,用CHARMM能量计算CGTase及其突变体的能量与酶蛋白热稳定性之间的关系.证明:氨基酸残基经过突变,突变型比野生型含带电残基更多.相应的,在蛋白天然结构中突变型CGTase中,盐桥数量增加了10%.这些电荷之间、非极性残基之间的非共价键作用力的增强,提高了突变体的刚性,降低了突变体蛋白质分子的总能量,最后增加突变体蛋白质的耐热性.     

二氢叶酸还原酶在盐溶液中的分子动力学模拟

为了研究嗜盐酶如何在高盐环境下维持稳定性与活性,本文以沃尔卡尼极嗜盐菌及大肠杆菌的二氢叶酸还原酶(DHFR)为模型,将二者分别置于5种不同盐浓度的水溶液中进行分子动力学模拟。经9ns动力学模拟,得到了二者在不同浓度盐溶液中的运动轨迹,通过对运动轨迹的分析,获取了二者在不同盐浓度下的动力学特性。结果发现嗜盐古生菌的二氢叶酸还原酶自身所形成盐桥及与溶剂所形成的氢键均比大肠杆菌的二氢叶酸还原酶多,而溶剂可及性表面则要小,二者差异均达极显著水平。同时还分析了这两种分子及其氨基酸残基的柔性等。     

环糊精葡萄糖基转移酶N-端热稳定性研究

环糊精葡萄糖基转移酶(CGTase;EC2.4.1.19)是生产环糊精的重要工业用酶,由于工业生产条件的高温加热,使得CGTase的使用受到很大限制。除了筛选合适菌种外,人们更希望利用蛋白质工程手段改造CGTase的热稳定性。文中采用分子动力学模拟取样研究了CGTase的N-端环状区域中氢键与盐桥对其耐热性的影响作用。结果表明:随着模拟温度的升高,非电荷-非电荷氢键占有率显著降低,带电荷-带电荷氢键占有率并没有太大变化,高温下能够保持稳定的氢键几乎都是和带电氨基酸有关;由盐桥的断裂次序的分析,发现在高温下多数盐桥的占有率并没有显著降低,即盐桥的稳定存在对于抵抗高温是有效的。无论是氢键还是盐桥,它们的相同点都是带电荷-带电荷之间的反应受温度影响不大。这一结果说明在蛋白质CGTase中合适的位置增加带电氨基酸数量,增强电荷间静电相互作用,对于提高CGTase的热稳定性是有效的。     

引入序列信息的残基相互作用网络比对算法

残基相互作用网络比对,对于研究蛋白质结构与功能的关系具有重要意义.在基于网络拓扑信息进行网络比对的MAGNA算法基础上,将蛋白质的序列信息（即残基匹配度）引入到其优化函数中,确定拓扑信息和序列信息对比对的影响程度,提出适合于残基相互作用网络比对的SI-MAGNA算法.实验结果表明,SI-MAGNA算法比现有的基于网络拓扑信息的经典比对方法（GRAAL、MI-GRAAL、MAGNA和CytoGEDEVO）具有更高的边正确性（edge correctness,简称EC）.最后,使用SI-MAGNA算法对来自不同耐热温度的生物的同源蛋白质进行网络比对和分析,探索蛋白质结构对其热稳定性的影响.     

基于蛋白质相互作用界面的比对算法研究

蛋白质相互作用界面是蛋白质相互作用产生的物理载体。考虑蛋白质相互作用界面间的结构相似性对于研究蛋白质功能,信号传导网络和药物设计具有非常重要的意义,而现有的蛋白质结构比对算法仅适用于蛋白质单体的全局空间结构。我们给出了基于整数二次规划模型的方法来考虑蛋白质相互作用界面的比对问题,该方法整合了蛋白质序列的进化信息、结构信息,并用进化谱的相似性来对比对上的残基打分以衡量其进化保守性。通过计算实验,发现进化上和结构上保守的残基有可能就是对于蛋白质结合起重要作用的残基,即热点。     

预测同源寡聚蛋白质的支持向量机方法

计算实验表明蛋白质一级结构包含着四级结构信息。本文用支持向量机方法从蛋白质一级结构出发区分同源二聚体和非同源二聚体。蛋白质原始序列的子序列分布用于支持向量机的输入向量，从而充分考虑了蛋白质序列的信息。当子序列的长度为3时，10次交叉验证的总预测准确率达到84．9％，在相同的数据集上，比原有的决策树方法提高了15．0％。实验表明残基顺序对同源寡聚蛋白质的识别起重要作用，而支持向量机方法是蛋白质四级结构预测的强有力工具。     

嗜冷嗜盐菌Halorubrum lacusprofundi中蛋白质稳定性机制的探讨

研究嗜冷嗜盐菌H.lacusprofundi中蛋白质在不同结构区域的特点,对了解其稳定的结构基础及设计新型嗜冷嗜盐蛋白具有重要意义。通过对991对同源嗜冷嗜盐菌和嗜温嗜盐菌的序列及高级结构信息进行统计学对比分析,结果表明:嗜冷嗜盐菌和嗜温嗜盐菌氨基酸组成中亮氨酸、天冬酰胺、含硫氨基酸、带电氨基酸差异显著;苏氨酸差异很显著;丙氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、小分子氨基酸差异极显著。其中苯丙氨酸、甘氨酸、天冬酰胺、中性氨基酸在嗜冷嗜盐菌蛋白的含量较高,亮氨酸、苏氨酸、谷氨酰胺、含硫氨基酸、小分子氨基酸在嗜温嗜盐菌中的含量较高。嗜冷嗜盐蛋白含有更多的中性氨基酸、小分子氨基酸和非极性氨基酸,从而降低蛋白质中氢键等非共价键的相互作用,提高蛋白质结构的柔韧性和可变性。     

基于卷积长短时记忆神经网络的蛋白质二级结构预测

鉴于不同类型氨基酸的相互作用对蛋白质结构预测的影响不同,文中融合卷积神经网络和长短时记忆神经网络模型,提出卷积长短时记忆神经网络,并应用到蛋白质8类二级结构的预测中.首先基于氨基酸序列的类别信息和氨基酸结构的进化信息表示蛋白质序列,并采用卷积提取氨基酸残基之间的局部相关特征,然后利用双向长短时记忆神经网络提取蛋白质序列内部残基之间的远程相互作用,最后将提取的蛋白质的局部相关特征和远程相互作用用于蛋白质8类二级结构的预测.实验表明,相比基准方法,文中模型提高8类二级结构预测的精度,并具有良好的可扩展性.     

基于序列特征融合的蛋白质可溶性预测

蛋白质可溶性在药物设计的研究中起着重要的作用,传统生物实验测试蛋白质可溶性费时费力,因此基于计算方法对可溶性进行预测成为一个重要的研究方向.针对传统可溶性预测模型不能充分表示蛋白质特征的问题,文中设计了一种基于多种蛋白质序列信息的神经网络模型PSPNet,并应用到蛋白质可溶性预测中.该模型首先使用氨基酸残基序列嵌入信息...     

GOP ARIMA: Modeling the nonstationarity of VBR processes

In this work, we develop a stochastic model, GOP ARIMA (autoregressive integrated moving average for a group of pictures) for VBR processes with a regular GOP pattern. It explicitly incorporates the deterministic time-dependent behavior of frame-level VBR traffic. The GOP ARIMA model elaborately represents the inter- and intra-GOP sample autocorrelation structures and provides a physical explanation of observed stochastic characteristics of the empirical VBR process. We explain stochastic characteristics of the empirical VBR process, e.g., slowly decaying sample autocorrelations and strong correlations at the lags, based on the aspect of nonstationarity of the underlying process. The GOP ARIMA model generates synthetic traffic, which has the same multiplicative periodic sample autocorrelation structure as well as slowly decaying autocorrelations of the empirical VBR process. The simulation results show that the GOP ARIMA process very well captures the behavior of the empirical process in various respects: packet loss, packet delay, and frame corruption. Our work makes a contribution not only toward providing a theoretical explanation of the observed characteristics of the empirical VBR process but also toward the development of an efficient method for generating a more realistic synthetic sequence for various engineering purposes and for predicting future bandwidth requirements.     

基于模糊控制的ATM网络VBR视频传输平滑策略

VBR视频传输的突发性是影响ATM网络服务质量的关键因素,文中通过模糊控制方法对视频传输流量的阈值进行监控,实现了接入的平滑并可动态调整传输速度。文中以传输流量及这发级作为评价指标进行分析,结果表明VBR视频传输自适应平滑策略的实效性。     

可变比特率视频编码及其业务量特征分析

本文就可变比特率视频编码的概念及其在ＡＴＭ网络中传输的优势作了详细阐述对ＶＢＲ视频业务特征进行了分析,特别就目前广泛应用的ＭＰＥＧ视频业务做了大量的统计分析,为该业务建模奠定了基础。     

存储应用中AVS编码的可变码率控制

针对数字视频存储应用,分析二次编码可变码率（VBR）控制的原理和特性,提出一种固定容量视频存储应用的可变码率控制算法。对序列进行恒定码率编码,统计并记录重要的编码信息。在数据处理阶段分析每个场景的复杂度等视频特性并预分配比特数。对同一个序列进行二次VBR编码。实验结果表明,采用该算法能获得PSNR波动很小的高质量视频。     

VBR视频流量统计特性及其模型

通过对VBR视频流量的统计特性的分析,表明VBR视频业务不但具有短时相关性,而且具有长时相关性,因此传统视频业务模型在描述长时相关性方面明显存在小足。根据视频流量的不同相关特性,介绍当前几种非传统VBR视频流量模型,并对它们的特点进行分析论述。     

Wavelet-based VBR video traffic smoothing

In a typical video application, such as video-on-demand, videos are continuously streamed from a video server to a distributed set of receivers. The constant-quality video compression technique commonly used, variable bit rate (VBR) encoding, produces flows with multiple time-scale rate variability, so smoothing the VBR video traffic within an entire distribution tree presents a challenging task. This paper proposes a novel wavelet-based traffic smoothing (WTS) algorithm. Unlike existing algorithms, the WTS algorithm considers traffic smoothing at multiple resolutions. It results in a pruned version of a full tree, which corresponds to the original VBR traffic. Theoretical analysis and numerical evaluation demonstrate that: 1) WTS performs well across several metrics in smoothing bursty traffic and 2) for a video bit stream with N frames, the computational complexity of WTS is O(NlogN).     

An adaptive control for video transmission over bluetooth

This paper is concerned with transmission of a moving picture expert group (MPEG) video stream over a Bluetooth channel, using an adaptive neuro-fuzzy technique. MPEG variable bit rate (VBR) video sources over a network generally experience long delay and unacceptable data loss, due to high variations in bit rate. Furthermore, transmission rate could be unpredictable in a Bluetooth network due to interferences by other wireless devices or general Bluetooth channel noises. Subsequently, it is almost impossible to transmit VBR data sources over Bluetooth without excessive delay or data loss. In this work, an adaptive scheme is introduced so that the controller may adjust itself to the current state of the system under control. This paper utilizes a traffic-shaping buffer to prevent excessive back-to-back transmissions of MPEG VBR data sources. A novel adaptive neuro-fuzzy scheme regulates the output rate of the buffer to ensure that the video stream from the host conforms to the traffic conditions of the Bluetooth channel during the transmission period. The computer simulation results show that the use of the neuro-fuzzy controller reduces excessive delay and data loss at the host-controller-interface, as compared with a conventional VBR video transmission and a rule-based fuzzy controller (RBF1) in Bluetooth.     

MPEG VBR视频流—统计特性及其模型

该文分析了已有的MPEG VBR视频流模型及其缺点,并在此基础上对VBR视频流的统计特性进行了研究,实验结果表明,通过对整个视频流进行场景划分（聚类）,聚类间用Markov调制链建模,而每一聚类中独立的场景则可以采用TES模型基于GOP（Group Of Picture)而非帧进行建模,则该方法既能避免状态空间过大,又能避免帧间周期性的自相关,因而能够更好地拟合VBR视频流序列的一阶和二阶统计特性,同时,对独立场景的GOP分布函数可以采用Gamma函数进行拟合,自相关函数则可以采用双指数函数更好地拟合。     

平面波导硅基结构表面的APTES修饰研究

3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）是一种常用的表面修饰剂,通过化学键合的方式覆盖在硅结构表面形成APTES膜层,用以链接功能性生物分子。本文基于平面波导生物传感器器件的研究,通过对结构表面膜层的物理化学特性进行分析,对实验方案进行优化,降低表面微粗糙度,提升生物分子膜层的活性。文中在相同的实验环境下,将APTES分别溶于PBS、乙醇、甲苯溶液,进行APTES分子膜的生成,通过原子力扫描显微镜（AFM）、接触角测试仪、X-射线光谱仪（XPS）对不同样品表面微粗糙度（RMS）、接触角、成分等物理化学特性进行分析,确定应用于光学生物传感器器件APTES表面修饰的最佳配剂,为提高平面波导生物传感器的灵敏度提供了理论支持。