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蛋白折叠预测

科学通报 2016年第24期61卷 2670-2680页

作者：马彬广华中农业大学信息学院武汉430070

蛋白折叠是指蛋白质分子从线性高分子形成有生物学功能的三维结构的过程.迄今为止,蛋白折叠已经有50余年的研究历史,成为一个十分宽广而活跃的研究领域.本文简要回顾了蛋白折叠问题的提出背景和研究历程,并从蛋白折叠过程预测、折叠过... 详细信息

蛋白折叠是指蛋白质分子从线性高分子形成有生物学功能的三维结构的过程.迄今为止,蛋白折叠已经有50余年的研究历史,成为一个十分宽广而活跃的研究领域.本文简要回顾了蛋白折叠问题的提出背景和研究历程,并从蛋白折叠过程预测、折叠过程相关参数的预测、蛋白折叠结果预测、折叠结果相关参数的预测等四个方面介绍了蛋白折叠问题的研究进展.最后,指出了蛋白折叠研究领域值得关注的一些未来的发展方向.

关键词：蛋白折叠蛋白折叠模拟蛋白结构预测深度学习系统生物学

蛋白质折叠速率决定因素与预测方法的研究进展

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生物物理学报 2013年第3期29卷 192-202页

作者：徐宏睿马彬广华中农业大学生命科学技术学院生物信息中心武汉43007

蛋白质折叠速率是蛋白质折叠机制研究中的重要参数。近年来的研究发现,蛋白质的折叠速率受到蛋白序列中的氨基酸组成、氨基酸性质、残基间接触,以及氨基酸在序列中的顺序等诸多因素的影响。基于这些发现,许多新的蛋白质折叠速率预测方... 详细信息

蛋白质折叠速率是蛋白质折叠机制研究中的重要参数。近年来的研究发现,蛋白质的折叠速率受到蛋白序列中的氨基酸组成、氨基酸性质、残基间接触,以及氨基酸在序列中的顺序等诸多因素的影响。基于这些发现,许多新的蛋白质折叠速率预测方法被提出来,且预测值与实验值之间的相关性也在逐步提高。另一方面,从物理化学的角度对折叠速率的决定因素在蛋白质折叠机制中的作用进行解释,也是近年来的一个研究重点。此外,关于蛋白质折叠动力学类型(两态或多态)的决定因素和预测方法的研究也有了新的进展。

关键词：蛋白质折叠折叠速率预测折叠中间体氨基酸组成氨基酸性质

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光遗传学技术在调控细菌生命活动中的应用

生物化学与生物物理进展 2021年第4期48卷 369-377页

作者：肖仕迪马子冬马彬广华中农业大学信息学院武汉430070

光遗传学技术利用光作为输入信号,能够精准地调控细胞的生理功能,同时具有高度的时间和空间特异性,使得构建高度动态的调控系统成为可能.近年来,随着新型光敏蛋白的发现和光照系统的创新,基于光遗传学技术的光控系统的效率得到了显著提... 详细信息

光遗传学技术利用光作为输入信号,能够精准地调控细胞的生理功能,同时具有高度的时间和空间特异性,使得构建高度动态的调控系统成为可能.近年来,随着新型光敏蛋白的发现和光照系统的创新,基于光遗传学技术的光控系统的效率得到了显著提高.通过合成生物学方法构造各种生物回路,光控系统在细菌中的应用也日益广泛.将光控系统作为输入模块,与其他生物功能模块相结合,能够实现对基因表达、蛋白质活性以及细菌生理功能的调控.本文主要介绍光遗传学技术的基本原理及其在合成生物学和调控细菌生命活动方面的应用.

关键词：光遗传学细菌基因调控合成生物学

农业微生物根瘤菌共生固氮过程虚拟现实(VR)仿真教学软件的开发与应用

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高校生物学教学研究（电子版） 2023年第1期13卷 61-65,I0009-I0012页

作者：李佳桐马彬广华中农业大学信息学院武汉430070

根瘤菌是一类重要的农业微生物,可以与植物形成共生关系,并通过共生固氮为宿主植物提供氮素营养,对农业生产的可持续发展具有重要意义。在农业微生物学的课程教学中,教师需要对根瘤菌与宿主植物之间的共生过程及固氮作用的分子机制进行... 详细信息

根瘤菌是一类重要的农业微生物,可以与植物形成共生关系,并通过共生固氮为宿主植物提供氮素营养,对农业生产的可持续发展具有重要意义。在农业微生物学的课程教学中,教师需要对根瘤菌与宿主植物之间的共生过程及固氮作用的分子机制进行讲解,而传统的教学方法缺少动态性和直观性,不利于学生对微观分子机制的理解。虚拟现实技术利用计算机模拟逼真的虚拟环境,而使用者借助头戴显示器和手柄设备,进入虚拟环境并与其中的事物发生互动,从而产生强烈的沉浸感和参与感。笔者通过将虚拟现实技术应用于根瘤菌共生固氮过程,开发了仿真教学软件,为学生提供沉浸式学习体验,提升了教学效果,也为虚拟现实技术在高校生物学教学改革中的应用提供了新的探索。

关键词：农业微生物共生固氮虚拟现实教学软件教学改革

字符序列的解析数论模型及其在生物信息学中的应用

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字符序列的解析数论模型及其在生物信息学中的应用

作者：马彬广天津大学

学位级别：硕士

生物信息学领域内的许多课题可以抽象成字符序列处理问题,例如,基因识别、蛋白质二级结构预测等。字符序列所能提供的信息不外乎来自两个方面:组成和排列。组成方面的信息可以用常规的频率去反映。问题的关键是如何反映字符序列的排列... 详细信息

生物信息学领域内的许多课题可以抽象成字符序列处理问题,例如,基因识别、蛋白质二级结构预测等。字符序列所能提供的信息不外乎来自两个方面:组成和排列。组成方面的信息可以用常规的频率去反映。问题的关键是如何反映字符序列的排列信息。本文在综述了现有算法的基础上,尝试着从数论的角度来看待字符序列分析问题,提出了字符序列的解析数论模型。在该模型中,把字符序列看成是数的表示,从而把字符序列分析问题转化成一个数论问题,并用数学分析方法辅助解决。字符序列解析数论模型的核心概念是对偶描述子,因此,该模型有时也称作“对偶描述子方法”。对偶描述子由两部分组成:组成权重因子和位置权重函数。“组成权重因子”来源于自然计数制中“基数”的概念,是它在实数域上的推广。位置权重函数的概念则是自然数系统中所固有的,它也被推广到了实数域。为了逼近位置权重函数,傅里叶变换、小波变换等理论很自然地被引入到字符序列的处理中来。本文给出了一种基于一定的数据集,来训练对偶描述子的交替式学习方法。训练所得的对偶描述子,就携带了原数据集的特征信息。通过本文提供的D值阈值判别方法,它可以用于字符序列的识别。同时,由于位置权重函数的引入,实现了位置加权统计,由此所得的结果,便是“带位置权重的频率”,简称“加权频率”。加权频率优于常规频率的地方就在于,它不仅可以反映字符序列的组成信息,还能反映它的排列信息。因此,加权频率可以作为字符序列的特征量。有了它,对偶描述子就可以和其他的一些判别方法,比如Fisher判别等,联合使用来进行字符序列的识别了。以DNA序列分析为例,本文演示了对偶描述子在生物信息学中的应用。具体内容包括:序列特征的提取,对偶描述子学习过程的演示,D值阈值判别和加权频率Fisher判别在原核生物基因识别和真核生物外显子识别中的应用。

关键词：字符序列的解析数论模型对偶描述子加权频率 D值阈值判别

同方学位论文库评论

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细菌三维基因组学研究

科学通报 2019年第17期64卷 1780-1790页

作者：田六王旭婷华康剑马彬广农业生物信息湖北省重点实验室农业微生物国家重点实验室华中农业大学信息学院

作为原核生物,细菌染色体结构的空间组织形式引起了日益广泛的研究兴趣.近年来发展起来的染色体构象捕获和超分辨率显微镜技术,为细菌三维基因组的研究提供了强大的工具.基于染色体构象捕获测序数据,研究人员开发了通用的数据处理流程... 详细信息

作为原核生物,细菌染色体结构的空间组织形式引起了日益广泛的研究兴趣.近年来发展起来的染色体构象捕获和超分辨率显微镜技术,为细菌三维基因组的研究提供了强大的工具.基于染色体构象捕获测序数据,研究人员开发了通用的数据处理流程和染色体三维结构重构软件.目前,已有5个重要的细菌模式物种进行了初步的三维基因组研究,获得了细菌染色体空间组织特征的一些知识,揭示了拟核相关蛋白在细菌三维基因组结构中的重要性,并发现了细菌染色体三维结构与基因转录和细胞周期等过程之间的关联,加深了人们对于细菌三维基因组的认知.本文对近年来细菌三维基因组方面的研究进展进行简要的综述,并指出该领域未来值得关注的一些研究方向.

关键词：微生物染色体结构超分辨率显微术 Hi-C 系统生物学

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冷库排管攀爬机器人自主运动规划方法研究

冷库排管攀爬机器人自主运动规划方法研究

作者：马彬盐城工学院

学位级别：硕士

近年来,随着我国冷链行业的快速发展,冷库的数量和规模也在急剧上升。由于冷库内部长期处于高湿低温的环境,使得冷库制冷管道极易结霜。目前,排管冷库的除霜方式主要有人工除霜、电加热除霜、热气除霜和喷水除霜等。这些传统的除霜方式... 详细信息

近年来,随着我国冷链行业的快速发展,冷库的数量和规模也在急剧上升。由于冷库内部长期处于高湿低温的环境,使得冷库制冷管道极易结霜。目前,排管冷库的除霜方式主要有人工除霜、电加热除霜、热气除霜和喷水除霜等。这些传统的除霜方式在实际应用中往往存在一定的局限性,如除霜效率低、除霜成本高、使库温波动大以及对人体危险性高等。这不仅增加了企业的运营成本,还导致了能源浪费。因此,有必要开发出一种新的除霜方式来代替传统方法,而攀爬机器人技术的发展使其成为了可能。本文通过对国内外现有管道攀爬机器人的结构设计、应用背景和技术发展进行调查和研究,提出了一种四足机器人与机械夹爪相结合的管道攀爬机器人样机设计方案。该机器人结合路径规划技术,能够实现在复杂排管环境下的稳定爬行。本文的主要研究内容如下:(1)仿照自然界蜘蛛的身体结构和运动方式对机器人整体结构进行设计,并在Solidwords软件中建立管道攀爬机器人模型;采用ANSYS Workbench软件对机器人极限状态下关键部件的受力情况进行分析,验证机器人整体结构的可行性。(2)为提高机器人的工作效率和爬行稳定性,对机器人的运动步态进行规划。采用D-H参数法对机器人腿部进行运动学建模,并求解出运动学正、逆解方程;采用蒙特卡洛法对机器人腿部的工作空间进行求解,确定其运动范围。根据机器人的工作环境特点规划两种攀爬步态即爬行步态和越障步态。最后,在Adams软件中对所规划的步态进行仿真验证。(3)对现有路径规划算法进行改进。为解决管道攀爬机器人在复杂环境下的避障与路径规划问题,本文提出一种改进A*算法与改进动态窗口法(Dynamic window approach,DWA)相融合的路径规划方案。通过对传统A*算法的搜索方向、启发函数和冗余节点进行改进,并与DWA算法相融合,使机器人可以快速规划到全局最优路径,并获得动态避障的能力。(4)对管道攀爬机器人各零部件进行加工与组装,制作机器人物理样机。使用树莓派4B作为机器人的中心控制器,并结合其他传感器模块组成机器人的硬件控制系统。通过下位机对机器人腿部电机进行控制,并分别在实验室环境和冷库排管环境下对样机进行管道攀爬实验。

关键词：管道攀爬机器人机械结构设计运动学分析步态规划路径规划

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纤维导电性对地聚合物压敏行为的影响

建筑材料学报 2024年第3期27卷 223-229页

作者：马彬张永黄启钦黄小林桂林电子科技大学建筑与交通工程学院广西桂林541004

采用碳纤维和玄武岩纤维改性地聚合物,分析了纤维掺量对其流动性、力学性能、电阻率及压敏行为的影响规律,揭示了纤维导电性能对地聚合物压敏性能的影响机制.结果表明:碳纤维对地聚合物流动性的影响大于玄武岩纤维;当碳纤维掺量升高时,... 详细信息

采用碳纤维和玄武岩纤维改性地聚合物,分析了纤维掺量对其流动性、力学性能、电阻率及压敏行为的影响规律,揭示了纤维导电性能对地聚合物压敏性能的影响机制.结果表明:碳纤维对地聚合物流动性的影响大于玄武岩纤维;当碳纤维掺量升高时,地聚合物电阻率明显下降,且可分为缓降、突降和平缓阶段;随着碳纤维掺量的升高,地聚合物压敏性能先增强后减弱;当碳纤维体积分数为0.4%时,地聚合物压敏性能最优;玄武岩纤维对地聚合物压敏性能具有削弱作用.

关键词：地聚合物物理力学性能压敏性能碳纤维玄武岩纤维

钢渣-偏高岭土基导电地聚合物的压敏性能研究

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材料导报 2024年第6期38卷 147-152页

作者：马彬黄启钦肖薇薇黄小林桂林电子科技大学建筑与交通工程学院广西桂林541004

以钢渣和偏高岭土为主要原材料制备导电地聚合物,分析了钢渣掺量和养护温度对其抗压强度、电阻率、压敏性能以及微观结构的影响规律,并对其压敏性能进行了评估。结果表明:随着养护龄期的延长和养护温度的升高,试样抗压强度均有一定的增... 详细信息

以钢渣和偏高岭土为主要原材料制备导电地聚合物,分析了钢渣掺量和养护温度对其抗压强度、电阻率、压敏性能以及微观结构的影响规律,并对其压敏性能进行了评估。结果表明:随着养护龄期的延长和养护温度的升高,试样抗压强度均有一定的增加,其中钢渣掺量为30%时试样抗压强度最高。在不同养护温度下,钢渣掺量越多,试样电阻率越低。养护温度的升高提升了试样早期物理力学性能,然而随着龄期延长,温度对试样电阻率的影响变弱。此外,在循环压缩荷载作用下,试样的最优应变灵敏度为40.35~50.31,远高于电阻应变片的灵敏度2。其中,当养护温度为40℃、钢渣掺量为30%时,试样电阻变化率(FCR)与循环压缩应力的相关系数R~2高达0.953,试样压敏稳定性最优。由微观分析可知,当养护温度为60℃时,试样微观结构最为致密,稳定性最好,致使其应变灵敏度较低。在相同养护温度下,随着钢渣掺量的增加,试样致密性先增强后减弱,其中SS-30组最优,该结果与强度结果吻合较好。可见,钢渣-偏高岭土基导电地聚合物将是一种理想的压敏基体材料。

关键词：导电地聚合物压敏性能抗压强度钢渣掺量养护温度