基于機(jī)器學(xué)習(xí)法的酶耐熱性影響因素的研究.pdf

1、耐熱酶之所以較常溫酶受到更多的關(guān)注，是因為它在高溫下比常溫酶有更多的功能，而且具有反應(yīng)速度快、不易被雜菌污染等特點，不過它的難以培養(yǎng)、不易獲得恐怕是引起更多人興趣的原因。目前，它主要通過篩選耐熱微生物獲得，不過產(chǎn)酶量很低。盡管如此，耐熱酶仍然在食品釀造、醫(yī)藥、環(huán)境保護(hù)和金屬冶煉等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。所以本文的出發(fā)點就是想通過機(jī)器學(xué)習(xí)的方法來研究耐熱酶耐熱的分子機(jī)制，了解蛋白質(zhì)的折疊過程，尋求通過蛋白質(zhì)工程手段提高常溫酶耐熱性的途徑。<

2、br>　　 本實驗首先比較了支持向量機(jī)(SVM)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)的優(yōu)缺點，而后決定使用SVM進(jìn)行酶耐熱性的研究。因為氨基酸的組成是影響酶耐熱性的主要因素之一，所以以20種氨基酸所占比例作為特征向量，利用SVM預(yù)測酶的耐熱性。在比較了SVM中核函數(shù)的分類能力之后，最終選擇了分類能力最好的徑向基核函數(shù)(RBF)進(jìn)行分類，其預(yù)測率為85.4%。隨后分別使用幾何方法、SVM-KNN和重復(fù)訓(xùn)練三種參數(shù)優(yōu)化方法優(yōu)化SVM，得出的預(yù)測率分別

3、是88.2%、86.1%和86.1%，從預(yù)測率中可以看出幾何方法提升的幅度最大為2.8%。所以按預(yù)測率的高低選擇了幾何方法來優(yōu)化SVM分類器的參數(shù)。隨后以氨基酸極性的不同將氨基酸含量數(shù)據(jù)分為4類，并以其作為特征向量分別用原始的SVM和參數(shù)優(yōu)化過的SVM進(jìn)行預(yù)測，分別得到的預(yù)測率為72.2%和76.4%，可以看出優(yōu)化過的SVM得出的預(yù)測率相比原始的提高4.2%。在基于二肽的酶耐熱性預(yù)測實驗中，以二肽為特征向量進(jìn)行SVM的預(yù)測，預(yù)測率為71

4、.9%。在高級結(jié)構(gòu)的實驗中，分別以氫鍵、鹽橋、體積和溫度因素(b-factor)為特征向量進(jìn)行SVM的預(yù)測，而得到了預(yù)測率分別是81.3%、88.9%、55.8%和59.0%。最后對環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶(CGTase)進(jìn)行突變，其目的是在保持其原有功能不變化的前提下，提高它在高溫環(huán)境下耐熱性。首先是統(tǒng)計出突變前后CGTase的鹽橋數(shù)目，而后利用在高級結(jié)構(gòu)中的鹽橋數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，突變前后CGTase的鹽橋數(shù)據(jù)和隨機(jī)抽取的部分鹽橋數(shù)據(jù)作為測