基于拟氨基酸编码方法的同义密码子的偏好性与结合强度的相关性研究

计算了基于拟氨基酸编码方法下的同义密码子的相对使用度,分析了78个人类基因（19967个密码子）中基于拟氨基酸编码方法下的同义密码子的偏好使用情况.石秀凡等的研究结果显示了人类基因中基于基因组基因编码方法下,对同义密码子的选择在所有密码子家族中仍都呈现明显一致的偏好.即偏好使用密码子-反密码子结合作用强的密码子,恰好是以 c结尾的密码子;且避免使用结合作用中度的密码子.依据结果和数据分析, 推测人类基因对密码子的选择除了受基因组结构中 isochore和基因签名的影响外,还和密码子-反密码子结合强度密切相 关键词： 拟氨基酸编码方法 同义密码子 偏好 人类基因     

基于复杂网络理论的多元混合空管技术保障系统网络特征分析

为提高空管技术保障系统应对突发事件的能力,本文以空管技术保障系统导航、通信、监视设备覆盖的航路结构为基础,构建系统对应的空间网络模型.提出从灵活性、鲁棒性、高效性三个方面度量空管技术保障系统网络特性,对北京、上海、广州、昆明、沈阳、兰州飞行情报区的空管技术保障系统网络的平均度、度分布、度-度相关性、聚集系数、平均路径长度、直径等进行分析.分析结果显示,各飞行情报区空管技术保障系统的平均聚集系数在0.25—0.39之间,网络聚集程度偏低;网络平均路径长度为3.4,表现出小世界网络特征;度值3时服从幂律分布,度-度分布不表现出正相关或负相关.对网络进行基于度优先的和随机的抗毁性测度,空管技术保障系统网络抗毁性较差,网络的可靠性由少数核心节点决定,应对核心节点进行目标免疫,提高网络的抗毁性.这些规律为空管技术保障系统能力提升、新建扩建提供理论依据,对降低突发事件对空管系统保障能力的影响,保障空中交通持续安全具有现实意义.     

抑癌基因p53的单细胞傅里叶变换显微红外光谱

为探索单细胞红外光谱技术对单基因差异的鉴别能力,利用同步辐射傅里叶变换红外显微光谱技术采集含抑癌基因p53(野生型)和敲除抑癌基因p53(敲除型)结肠癌细胞的单细胞显微红外光谱。研究分析光谱发现,二者在脂质、蛋白质以及核酸吸收谱带峰强度和位置都有明显的差异。敲除p53后脂质、核酸以及蛋白特征吸收峰均减弱,且几乎所有的吸收峰都向高波数位移。分析了酰胺I带与酰胺II带的相对吸收强度比,发现敲除型比值明显变大;酰胺I带拟合结果表明野生型细胞中蛋白质二级结构的α螺旋和无规则卷曲含量明显低于敲除型,转角和非典型螺旋的含量则高于敲除型,而β折叠的含量无明显变化。研究表明,同步辐射单细胞红外光谱可以在分子水平上鉴别因p53基因差异而产生的细胞代谢变化。     

改写生命密码

 利用基因工程设计生命体以获取蛋白质,需要编辑自然界的标准遗传密码--以字母C(胞嘧啶)、T(胸腺嘧啶)、A(腺嘌呤)、G(鸟嘌呤)表示--这个过程漫长复杂、代价高昂。美国耶鲁大学的艾萨克(Farren Isaacs)和同事找到一种方法,可以随心所欲地编辑遗传密码。
在DNA 中,每三个密码子组成一个基因。TAG或TAA 表示“停止”,其他组合则表达为各种氨基酸。研究者将酵母菌株中的TAG 替换为TAA,移除TAG 密码子后,他们有效地空出位置以容纳表达氨基酸(化学家制造出的几千种“非自然”氨基酸)的密码子,这就可以生产前所未有的蛋白质。这种方法可以构造非常奇异的生命体,对各种病毒均具有免疫力,而且不会与自然的生命体发生杂交现象。     

组蛋白H1序列固有无序特性分析

组蛋白H1对于高阶染色质结构的形成和基因表达调控具有重要作用.为了揭示组蛋白H1在染色质结构形成中的生物学机制,本文对组蛋白H1三个结构域C-terminal domain(CTD)、N-terminal domain(NTD)和Globular domain(GD)及各区域连接位点对应序列氨基酸偏好、复杂度等序列特征进行了系统对比研究,并对各区域进行了固有无序蛋白有序区/无序区预测分析.结果表明,组蛋白H1三个结构中,中间的球状结构域(GD)中的氨基酸序列是非常保守的,NTD富含疏水氨基酸,CTD末端富含碱性氨基酸.进一步的研究表明,CTD和NTD两个结构域普遍具有固有无序特性,因此这些区域具有较大的柔性结构,对其在染色质形成中行使的重要生物学功能具有重要意义.     

HBx 诱发肝脏糖原代谢的昼夜节律性异常

在本文中,基于Hill 动力学与 Michaelis-Menten 方程,建立理论模型研究乙肝病毒x蛋白(HBx)诱发肝脏糖原代谢的昼夜节律性改变。理论模型考虑：HBx、组蛋白脱乙酰基酶1 (HDAC1) 与乙酰化的p53(p53AC) 结合形成复合体,并抑制 GYS2 表达;CLOCK 基因通过调控昼夜节律mRNA(Circadian mRNA)和频率蛋白(FRQ)的表达合成,调节 GYS2 磷酸化/去磷酸化的昼夜节律性。研究发现,在较低 HBx 浓度条件下,磷酸化的 GYS2 (pGYS2) 和去磷酸化的 GYS2 (dGYS2) 随时间演化,呈现了周期性的振荡特性。GYS2 通过磷酸化作用抑制其活性,通过去磷酸化,GYS2 被激活,这种磷酸化/去磷酸化转变保持了肝脏糖原代谢的昼夜节律性。在较高 HBx 浓度条件下,dGYS2 随时间演变的周期振荡节律性被改变,并且振荡幅度降低。由此表明,较高浓度的 HBx 则会在很大程度上改变 GYS2 去磷酸化的活性,GYS2 磷酸化/去磷酸化转变的昼夜节律性会被 HBx 破坏。另外,HBx 与 HDAC1、p53AC 形成复合体协同抑制 GYS2,也会在很大程度上改变 GYS2 磷酸化/去磷酸化转变的昼夜节律性。糖原代谢昼夜节律性的改变,导致肝脏内糖原代谢紊乱,进而促使肝癌(HCC)的发生发展。理论结果符合实验,并进一步揭示了 HBx 诱发肝脏糖原代谢紊乱,进而导致 HCC 的发生发展的一种致癌机理,可为设计阻断 HBV 向 HCC 转变通路的治疗方案提供理论依据。     

一维压电Fibonacci类准周期声子晶体传输特性

基于传输矩阵法研究了一维压电Fibonacci类准周期声子晶体的传输特性, 比较了一维Fibonacci序列压电准周期声子晶体与非压电准周期声子晶体以及压电周期性声子晶体的透射性. 计算结果表明:弹性波通过一维准周期结构压电声子晶体时与周期性声子晶体一样会有带隙的出现, 且发现具有压电性的Fibonacci序列准周期声子晶体禁带宽度发生了展宽. 进一步讨论了入射角度对固定频率下声子透射系数的影响,结果表明一维压电Fibonacci序列准周期结构声子透射性依赖于入射角度的选取.     

利用遗传算法优化误差扩散核参数的条纹二值编码方法研究

二值条纹投影图像在高速、高精度的三维面形测量领域应用广泛,而提高二值编码条纹的正弦性对于提高三维面形的测量精度具有积极意义.传统及改进的误差扩散核多采用普适的扩散核对条纹图像进行二值编码,较少考虑图像特征与投影离焦程度对相位提取精度的影响.首先利用遗传算法的思想来寻求更佳的误差扩散核系数,然后通过线性拟合来构建与离焦程度以及正弦条纹周期相关的优化目标函数,最后得到优化二值编码条纹正弦性的误差扩散核.仿真和实验分析结果表明,在不同尺寸的窗口下,不同周期有最小相位误差的误差扩散核且它们各不相同,证实扩散核对图像的二值编码质量与图像特征有关.实验进一步证明,大中小三种离焦程度下,所提算法的相位误差较普适的Floyd-Steinberg扩散法可分别减小43.86％、64.37％和50.10％,所提算法的相位误差较改进的Floyd-Steinberg扩散法可分别减小13.51％、18.48％和17.65％.     

非天然氨基酸在蛋白质动态特性核磁共振研究中的应用

核磁共振（NMR）是蛋白质结构解析的主要方法之一.除可获得蛋白质的高分辨结构外,NMR还可用于观测最接近生理条件的蛋白质动态构象,获得蛋白质行使生物学功能的详细机制.非天然氨基酸定点标记方法可显著减少大分子量蛋白质的信号数目,降低数据采集和分析难度,已广泛运用于蛋白质结构和功能研究.本文介绍了常用的在蛋白质中引入非天然氨基酸的实验方法,包括蛋白质化学合成法、蛋白质化学修饰法、氟代芳香族氨基酸插入和基因密码子编辑的位点特异性插入等方法,并介绍了部分应用非天然氨基酸结合NMR研究大分子量蛋白的成功案例.此外,此篇综述讨论了目前非天然氨基酸标记在蛋白质研究中的局限性及发展方向.     

基于改进零树编码的图像联合压缩加密算法

在认真研究算术编码和算术加密的基础上,提出了一种基于改进零树编码的图像联合压缩加密算法.使用密钥对图像压缩产生的原始上下文和原始判决进行修正,实现了图像联合加密.阐述了上下文修正和判决修正算法的规则,对其安全性进行分析.结合比特平面编码技术,可以使用不同密钥对不同小波分辨率的系数分别加密,实现分辨率选择性加密,以满足不同应用需求.对零树编码进行改进,加入自适应算术编码,并对联合压缩加密算法进行仿真.结果表明:相对原始图像压缩算法而言,所提出的图像联合压缩加密算法具有基本相当的压缩效率;相对区间分裂的联合加密算法而言,所提出算法具有更好的安全性.     

A method to evaluate the relative weights of structural and functional constraints on a genome

Summary A method that numerically evaluates the relative influence of structural or functional constraints on the codon composition of a gene is presented. The method applies to any constraint provided that it can be translated intoa priori probability table of codon usage. The method is very easy to apply to different constraints and to different pools of sequences. Theoretical codon usage obtained from a linear combination of the various constraints was compared with experimental codon frequencies of several classes of genes taxonomically homogeneous and, applying a minimization tecnique, the relative weights of the examined constraints have been evaluated. The results show that a common strategy exists for all coding sequences even though most of the constraints are represented by different probability tables for different pools of genes. We also demonstrate that the method is reliable when it is applied to a single gene, so that it can also be used as a tool to predict the characteristics of a gene from its sequence.     

糖原合酶激酶3(GSK3)介导的胰岛素对糖原 合酶2(GYS2)的抑制调节

本文基于Hill 动力学与 Michaelis-Menten 方程,建立理论模型研究肝癌(HCC)进展过程的微环境中,糖原合酶激酶3(GSK3)介导的胰岛素对糖原代谢的抑制调节,以及 P53 蛋白恢复调节糖原代谢异常的作用。分析了胰岛素激活 AKT 激酶影响 GYS2 磷酸化/去磷酸化转变的昼夜节律性,以及 P53 通过抑制 AKT,对 GYS2 磷酸化/去磷酸化转变的昼夜节律性异常的调节恢复特性。研究发现,胰岛素激活并提升 AKT 的表达水平,经过 AKT 的催化作用,GSK3 的表达被抑制减弱,进而增强了 GYS2 的磷酸化和失活。在胰岛素浓度较低的情况下,GYS2 去磷酸化激活的昼夜节律性会被改变,进而改变了 GYS2 昼夜节律的合成规律。在较高胰岛素浓度条件下,去磷酸化的 GYS2(dGYS2) 随时间演变的周期振荡性会被极大地改变,GYS2 昼夜节律的合成规律被破坏。改变 P53 的表达水平,我们发现,P53 对较低和较高胰岛素浓度条件下 dGYS2 异常的昼夜节律演化性,有明显的调节恢复作用。通过 P53 的调节,dGYS 随时间演化异常紊乱的昼夜节律性被还原,GYS2 恢复昼夜节律的合成。理论结果符合实验,并进一步分析了 GSK3 介导的胰岛素调节 GYS2 磷酸化/去磷酸化转变的昼夜节律性的调节机理,以及 P53 对GYS2 磷酸化/去磷酸化转变异常的调节恢复特性,进而揭示了 HCC 发生发展的一种致癌、抑癌机理,可为设计阻断致癌转变的通路治疗方案提供理论依据。     

Approximations to wave propagation through doubly-periodic arrays of scatterers

The propagation of waves through a doubly-periodic array of identical rigid scatterers is considered in the case that the field equation is the two-dimensional Helmholtz equation. The method of matched asymptotic expansions is used to obtain the dispersion relation corresponding to wave propagation through an array of scatterers of arbitrary shape that are each small relative to both the wavelength and the array periodicity. The results obtained differ from those obtained from homogenization in that there is no requirement that the wavelength be much smaller than the array periodicity, and hence it is possible to examine phenomena, such as band gaps, that are associated with the array periodicity.     

Evolving genetic code

In 1985, we reported that a bacterium, Mycoplasma capricolum, used a deviant genetic code, namely UGA, a "universal" stop codon, was read as tryptophan. This finding, together with the deviant nuclear genetic codes in not a few organisms and a number of mitochondria, shows that the genetic code is not universal, and is in a state of evolution. To account for the changes in codon meanings, we proposed the codon capture theory stating that all the code changes are non-disruptive without accompanied changes of amino acid sequences of proteins. Supporting evidence for the theory is presented in this review. A possible evolutionary process from the ancient to the present-day genetic code is also discussed.     

The structural analysis of protein sequences based on the quasi-amino acids code

Proteomics is the study of proteins and their interactions in a cell. With the successful completion of the Human Genome Project, it comes the postgenome era when the proteomics technology is emerging. This paper studies protein molecule from the algebraic point of view. The algebraic system (∑,+,*) is introduced, where ∑ is the set of 64 codons. According to the characteristics of (∑,+,*), a novel quasi-amino acids code classification method is introduced and the corresponding algebraic operation table over the set ZU of the 16 kinds of quasi-amino acids is established. The internal relation is revealed about quasi-amino acids. The results show that there exist some very close correlations between the properties of the quasi-amino acids and the codon. All these correlation relationships may play an important part in establishing the logic relationship between codons and the quasi-amino acids during the course of life origination. According to Ma F et al (2003 J. Anhui Agricultural University 30 439), the corresponding relation and the excellent properties about amino acids code are very difficult to observe. The present paper shows that (ZU, ⊕,○x) is a field. Furthermore, the operational results display that the codon tga has different property from other stop codons. In fact, in the mitochondrion from human and ox genomic codon, tga is just tryptophane, is not the stop codon like in other genetic code, it is the case of the Chen W C et al (2002 Acta Biophysica Sinica 18(1) 87). The present theory avoids some inexplicable events of the 20 kinds of amino acids code, in other words it solves the problem of `the 64 codon assignments of mRNA to amino acids is probably completely wrong' proposed by Yang (2006 Progress in Modern Biomedicine 6 3).     

Compact vision using circular dynamic stereoscopy with a beam splitter

Circular dynamic stereoscopy (CDS) has special advantages for 3-D measurement as it uses a single CCD camera without cumbersome settings. In CDS, annular streaks are recorded, with their size inversely proportional to the depth/distance of the measuring point from the CCD camera. Therefore three-dimensional information can be measured automatically by image processing techniques. When the measuring points are relatively dense, streaks on the image plane overlap, making automatic processing difficult. To cope with this problem, one of the coupled mirrors is replaced by a beam splitter. The annular streaks and their corresponding center positions are then recorded on the same image as the displacement. The recording of the center positions helps in resolving the overlapping annular streaks.     

非制冷红外探测器读出电路的非均匀性研究

对于长线列的非制冷红外探测器组件, 不同探测元之间的非均匀性是衡量电路设计的关键指标. 为了实现长线列非制冷红外探测器的高性能读出, 本文设计了一种基于电流镜方式的非制冷红外探测器160线列读出电路, 电路由电流镜输入模块、电容负反馈互导放大器模块及相关双采样输出模块组成. 电路采用0.5 μm工艺制作完成. 通过合理设置电路中MOS管的参数和布局电流镜版图, 电路的非均匀性有了明显地改善. 通过测试, 电路的非均匀性小于1%, 器件总功耗约为100 mW, 并具有良好的低噪声特性, 输出噪声小于1 mV, 输出摆幅大于2 V. 该电路与160线列非制冷红外探测器互连后, 能较好地完成红外信号的读出, 在积分时间为20 μups的情况下, 器件的响应为0.294 mV/Ω, 整体性能良好. 该电路的研制对超长线列的非制冷红外冷探测器读出电路研制奠定了重要的技术基础.