rna二级结构预测的快速计算

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1、山东大学硕士学位论文RNA二级结构预测的快速计算姓名：姜琛凯申请学位级别：硕士专业：计算机技术指导教师：朱大铭;陈洁20071015原创性声明和关于论文使用授权的说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：差弛日关于学位论文使用授权的声明本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，

2、同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。(保密论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：耋心师签名：盈叁缝日期：2型：尘：r山东大学硕士学位论文图l—lBacilh塔劬tilis砌妇∞PRNA的二级结构上图便是B∽muS出disRN躐PRNA的两种二级结构表示。左图中圆环代表RNA链，红色圆弧代表碱基对。右图是二级结构的最一般表示形式，小子母表示碱基，字母之

3、间的短线表示碱基对。当前预测RNA二级结构的两种最突出的方法是序列对比分析法和最小自由能量法。前者是通过功能大致相同的一个族系的耻n分子进行比较，从而得出序列中的相同结构。序列对比依赖同源族系序列，在仅拥有单个序列的情况下，无法应用序列对比的方法。而计算最小自由能量的方法则是根据能量耗散的热动力学原则，通过含有热动力学参数的能量模型来预测RNA分子折叠后所形成的最低能量结构，也就是通过计算机模拟自然状态下RNA分子的热运动，从而得到更加稳定，更加接近真实状态的二级结构。本文主要采用的是最小自由能量法。在计算最小自由能量预测R

4、NA二级结构的方法中zl

5、l【盯的Mfold算法是最通用的算法。Mfold是纽约Re璐∞l神r学院zuk盯教授和Roche妣r大学的1、lmer教授联合开发的一个专门用来预测R1qA和DNA分子二级结构的软件。zuker教授主要研究生命信息学领域的算法，他在核酸序列和蛋白质序列分析方面有着突出的成就，被认为是序列分析领域的奠基人之一。T咖盯教授研究主要涉及生物化学领域。T1咖er实验室还给出了一整套有关温度和核酸序列的模型数据，这些数据是能量最小化预测的基础。次优算法简单的说就是把RNA链看作一个环，它被一对配对的碱基分为了

6、三部分，通过计算这三部分的能量和得到一个次优能量并且对应找到一个次优结2山东大学硕士学位论文构。假结是鼢姨中一类碱基交叉配对的复杂结构。简单假结算法即是通过次优算法来实现包含一个简单假结的算法。本文第二部分介绍实现Mfold算法的必要数学概念。第三部分实现了一个Mfold算法，并且对其进行改进。第四部分实现了一个多折叠次优算法。第五部分给出一个包含简单假结的算法。最后给出各种算法的实验对比和测试分析。3山东大学硕士学位论文第2章RNA二级结构预测的能量模型本部分主要讨论环(100p)的概念，最临近能量模型的概念以及它们之问的

7、关系。2．1环定义1：设V(ij)∈s，k∈R，i2，则为“k-环”厶，内部存在k—1个可见的基对。存在

8、特殊情况厶，即不存在闭合的基对(ij)使得内部的k-1个对可见，这种情况叫作“外环’。序列R的二级结构可以表示为环L的集合。因为每一个L都是由∞)∈s闭合而成，所以用厶埘表示·则有：霄=厶¨厶¨)以力∈岁【2．1)r图2．1环在生物学上，1环称为“发卡。环(}IairpinL00p缩写为H)．2环中，设(i’j’)∈S，且对于(ij)是可见的，如果i’#l同时j’-j=1，则被称为“堆叠’(Stackpair4山东大学硕士学位论文缩写为S)；如果i’-；叁10j’；；主l，则被称为“突起’(Bukekp缩写为B)；如果i’-

9、j善1同时j’；j蠹1，则被称为“内环’(№：；ir喜耋自自缩写为It

10、几)。l；喜2的k环称为“多分枝”环(Miitiik姐二二knn缩写为M)．图2．1中给出的就是这几种情况。2．2最临近能量模型最临近能量模型是一种能量分配方式，它表示一个环堆叠在其内部紧挨着它的环或者单核苷酸上的能量