基于工作流引擎的蛋白质空间结构预测和分析系统

摘要

蛋白质空间结构的预测和分析有着非常重要的生物学意义。随着生物信息学技术的高速发展，蛋白质序列数据库的数据积累的速度越来越快，实验方法确定蛋白质结构的过程仍然非常复杂，代价较高。因此，开发应用于蛋白质结构预测的工具是一项非常迫切的任务。蛋白质空间结构的预测和分析是一个很复杂的计算流程，计算量非常大，涉及多个计算工具的有机集成。因此如何封装复杂的计算流程，对用户透明，并且可以在高性能计算平台上运行，是实现蛋白质空间结构预测和分析的首要目标。 随着BPEL技术的发展和成熟，利用BPEL技术可以将多个Web服务集成在一起整合成为一个业务流程，实现网络上的应用系统共享。而且目前BPEL正逐渐成为网格计算的业务流程标准规范。因此将BPEL技术应用到蛋白质空间结构预测和分析系统是可行而又有意义的。 基于工作流引擎的蛋白质空间结构预测和分析系统是一个运用BPEL技术的蛋白质结构预测、分析系统。本文就系统涉及到的蛋白质结构预测中用到的各种相关技术和方法进行了讨论，在此基础上提出了基于同源建模方法和从头预测方法进行蛋白质结构预测的设计方案，通过引入BPEL工作流调用实现预测功能的各个Web服务，在Web页面上呈现结果和返回用户所需的信息，并用AJAX技术实现了用户进程的实时查询。 蛋白质空间结构预测系统由同源建模和从头预测方法组成，同源建模方法包含四个步骤：目标序列的同源性搜索、多序列比对、以已知结构为模板建立模型和能量最小化；从头预测方法包含两个步骤：二级结构预测和三级结构预测。系统会根据用户提交的序列在同源数据库中能否找到同源模板为条件，自动选择预测方法进行蛋白质空间结构预测。并且在此基础上进行了扩展，加入了结果模型的评价和结构比对两个模块，让系统更贴近于应用。文章叙述了各步骤的功能作用及所使用的工具与方法，并给出它们的BPEL具体设计和实现，并且通过对一组已知结构的蛋白质序列的测试说明系统不但设计合理，而且在性能上能够达到预期的要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1蛋白质空间结构预测简介

1.2国内外研究现状

1.3本论文的工作

1.4论文的结构

第二章理论基础和相关技术

2.1蛋白质空间结构预测

2.1.1同源建模方法

2.1.2折叠识别方法

2.1.3从头预测方法

2.2相关技术

2.2.1 Java

2.2.2 JSP

2.2.3 AJAX技术

2.2.4 BPEL技术

2.3本章小结

第三章系统设计

3.1蛋白质空间结构预测系统设计

3.2 BPEL工作流设计

3.3本章小结

第四章系统实现

4.1基于工作流引擎的蛋白质空间结构预测系统的实现

4.1.1编写Web服务

4.1.2定义BPEL流程的WSDL文件

4.1.3定义合作伙伴的链接类型

4.1.4创建业务流程

4.1.5 BPEL流程的部署和访问

4.2基于工作流引擎的模型评价服务实现

4.3基于工作流引擎的结构比对服务实现

4.4系统查询服务实现

4.5本章小结

第五章应用测试

5.1测试环境

5.2测试结果与讨论

5.2.1同源建模测试结果

5.2.2从头预测测试结果

5.2.3能量最小化并行化结果分析

5.2.4 BPEL分布式共享测试

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

评定意见