基于計算機(jī)模擬的蛋白質(zhì)分離純化實驗

序號：編碼：第十一屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽華南農(nóng)業(yè)大學(xué)選拔賽作品申報書作品名稱：結(jié)合計算機(jī)模擬的蛋白質(zhì)分離純化實驗所在學(xué)院：生命科學(xué)學(xué)院申報者姓名（集體名稱）：劉文彬類別：√□自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文□哲學(xué)社會科學(xué)類社會調(diào)查報告和學(xué)術(shù)論文□科技發(fā)明制作A類□科技發(fā)明制作B類

A2．申報者情況（集體項目）說明：1.必須由申報者本人按要求填寫；2.申報者代表必須是作者中學(xué)歷最高者，其余作者按學(xué)歷高低排列；3.本表中的學(xué)籍管理部門簽章視為對申報者情況的確認(rèn)。申報者代表情況姓名劉文彬性別男出生年月1987-03-16學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院系別、專業(yè)、年級06級生物科學(xué)4班學(xué)歷本科學(xué)制4年入學(xué)時間20069作品名稱結(jié)合計算機(jī)模擬的蛋白質(zhì)分離純化實驗畢業(yè)論文題目還沒有確定通訊地址華南農(nóng)業(yè)大學(xué)躍進(jìn)南40棟117郵政編碼辦公電住地通訊地址華南農(nóng)業(yè)大學(xué)躍進(jìn)南40棟117郵政編碼住宅電他作者情況姓名性別年齡學(xué)歷所在單位張鵬男22本科華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院就讀占磊男20本科華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院就讀資格認(rèn)定學(xué)院學(xué)籍管理部門意見以上作者是否為2009年7月1日前正式注冊在校的全日制非成人教育、非在職的高等學(xué)校中國籍本科生、碩士研究生或博士研究生?！跏恰醴瘢▽W(xué)院蓋章）年月日院、系負(fù)責(zé)人或?qū)熞庖姳咀髌肥欠駷檎n外學(xué)術(shù)科技或社會實踐活動成果。□是□否負(fù)責(zé)人簽名：年月日

B1．申報作品情況（自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文）說明：1．必須由申報者本人填寫；2．本部分中的科研管理部門簽章視為對申報者所填內(nèi)容的確認(rèn)；3．作品分類請按作品的學(xué)術(shù)方向或所涉及的主要學(xué)科領(lǐng)域填寫；4．碩士研究生、博士研究生作品不在此列。作品全稱結(jié)合計算機(jī)模擬的蛋白質(zhì)分離純化實驗作品分類（D）A．機(jī)械與控制（包括機(jī)械、儀器儀表、自動化控制、工程、交通、建筑等）B．信息技術(shù)（包括計算機(jī)、電信、通訊、電子等）C．?dāng)?shù)理（包括數(shù)學(xué)、物理、地球與空間科學(xué)等）D．生命科學(xué)（包括生物、農(nóng)學(xué)、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)、健康、衛(wèi)生、食品等）E．能源化工（包括能源、材料、石油、化學(xué)、化工、生態(tài)、環(huán)保等）作品撰寫的目的和基本思路目的和思路：目前在生化分離提純實驗中對于分離純化效果的優(yōu)劣判斷，是根據(jù)純化倍數(shù)和回收率作大概判斷的，這種判斷較為粗糙，帶有很強(qiáng)的主觀性，而且回收率和純化倍數(shù)往往具有此消彼長的關(guān)系，有時候很難對純化效果的優(yōu)劣作出客觀的判斷；為此我們用數(shù)學(xué)建模的方法，將純化倍數(shù)和回收率綜合在一起，創(chuàng)造出一個衡量純化效果優(yōu)劣的實驗指標(biāo)——純化效益。沉淀法是較為常用的一類分離純化方法，目前用沉淀法進(jìn)行分離純化實驗往往是通過改變沉淀劑的用量，進(jìn)行大量的對照試驗從而摸索出最佳的試劑用量，用這種方法摸索出的最佳試劑用量，其準(zhǔn)確性很大程度上受到對照實驗試劑用量密度間隔的制約，故效率不高；我們從理論上推導(dǎo)出試劑用量與沉淀效果可能存在的函數(shù)關(guān)系，并通過少量的對照實驗數(shù)據(jù)對函數(shù)進(jìn)行求解和檢驗，然后利用求解的函數(shù)關(guān)系式進(jìn)行計算機(jī)模擬沉淀實驗，從而高效準(zhǔn)確地確定最佳試劑用量。進(jìn)行計算機(jī)模擬實驗不僅不需很多的實際操作，減少了資源消耗和工作量，而且可以在短時間內(nèi)完成大量的對照實驗，使實驗的效率得到大大提高；但其前提條件是，必須先求解出來試劑用量與實驗結(jié)果之間的關(guān)系，并且這個關(guān)系式便于應(yīng)用；目前關(guān)于沉淀的數(shù)學(xué)模型并不少，但限于其表達(dá)形式復(fù)雜，很難用于分離純化實驗；本文用數(shù)學(xué)建模的方法來求解便于應(yīng)用的試劑量與沉淀效果之間的函數(shù)關(guān)系,并且將其與計算機(jī)結(jié)合起來，提供了一個結(jié)合計算機(jī)模擬的蛋白質(zhì)分離純化模板。（我們即將完成蛋白質(zhì)沉淀模擬軟件的開發(fā)）作品的科學(xué)性、先進(jìn)性及獨特之處提出了衡量純化效果優(yōu)劣的定量指標(biāo)——純化效益，消除了生化分離純化過程中純化效果優(yōu)劣判斷的不確定性。對現(xiàn)有沉淀假說進(jìn)行擴(kuò)充和數(shù)學(xué)化，建立便于應(yīng)用的數(shù)學(xué)模型。對現(xiàn)有不便于應(yīng)用的數(shù)學(xué)沉淀模型進(jìn)行數(shù)學(xué)簡化處理，建立便于應(yīng)用的數(shù)學(xué)模型。將建立的數(shù)學(xué)模型與計算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來，建立了便利應(yīng)用的計算機(jī)模擬的蛋白質(zhì)分離純化模板。實現(xiàn)了生化分離技術(shù)和計算機(jī)的結(jié)合，開拓了計算機(jī)模擬生化分離純化實驗的先河，將生化基礎(chǔ)研究的高速發(fā)展推向一個高科技水平，使生化實驗變得更加精準(zhǔn)高效。開發(fā)了一個模擬蛋白質(zhì)分離純化實驗的軟件。作品的實際應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義根據(jù)本文提供的模型進(jìn)行分離純化的計算和模擬實驗，可以快速找到實驗的最優(yōu)方案。減少了實驗的工作量和實驗藥品的用量。根據(jù)我們提供的純化效益的公式對分離純化的效果進(jìn)行分析，這樣可以快速找出實驗的最優(yōu)方案。使分離純化效果的分析變得簡單、高效、客觀。讓分離純化與計算機(jī)結(jié)合起來，實現(xiàn)了分離純化在計算機(jī)上進(jìn)行模擬。學(xué)術(shù)論文文摘本文利用數(shù)學(xué)建模的方法首次提出了衡量分離純化效果優(yōu)劣的定量指標(biāo)——純化效益；并對回純系數(shù)的確定進(jìn)行解釋，以便讓大家根據(jù)自己的需要選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，從而達(dá)到最佳的實驗效果。建立了便于應(yīng)用推廣的聚乙二醇（polyethyleneglycol，PEG）和硫酸銨沉淀分離純化模型并對模型進(jìn)行求解、檢驗和應(yīng)用。提出了PEG和硫酸銨分級沉淀的最優(yōu)實驗方案求解模型，并對其步驟進(jìn)行解釋，以海芋過氧化物酶分離純化為例，提供了求解的模板。作品在何時、何地、何種機(jī)構(gòu)舉行的會議上或報刊上發(fā)表及所獲獎勵無鑒定結(jié)果請?zhí)峁τ诶斫狻彶?、評價所申報作品具有參考價值的現(xiàn)有技術(shù)及技術(shù)文獻(xiàn)的檢索目錄1王建龍，文湘華．現(xiàn)代環(huán)境生物技術(shù)．北京：清華大學(xué)出版社，20012郭勇．酶的生產(chǎn)與應(yīng)用．化學(xué)工業(yè)出版社．2003，9：84－853趙亞華，高向陽．生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗技術(shù)教程高等教育出版社．2005.9：95－964劉憲華，魯逸人．環(huán)境生物化學(xué)實驗教程．科學(xué)出版社．2006，9：70－825BramL.H.M.Sperber,HenkA.Schols,MartienA.CohenStuart,WillemNorde,AlphonsG.J.Voragen．Influenceoftheoverallchargeandlocalchargedensityofpectinontheplexformationbetweenpectinandβlactoglobulin．FoodHydrocolloids,2009，23(3)：7657726胡瓊英．生物化學(xué)實驗．化工出版社，20077郭勇．酶的生產(chǎn)與應(yīng)用．化學(xué)工業(yè)出版社，2003,9：84－858LuísaA.Ferreira,EugéniaA.Macedo,Sim?oP.Pinho．Theeffectofammoniumsulfateonthesolubilityofaminoacidsinwaterat(298.15and323.15)

K．TheJournalofChemicalThermodynamics,2009,41(2):1931969RameshDandu,ArthurVonCresce,RobertBriber,PaulDowell,JosephCappello,HamidrezaGhandehari．Silk–elastinlikeproteinpolymerhydrogels:Influenceofmonomersequenceonphysicochemicalproperties．Polymer,2009，50(2)：36637410鐘譚衛(wèi)．大學(xué)數(shù)學(xué)．科學(xué)出版社，2003.8：73－7411ShijunLiao．Notesonthehomotopyanalysismethod:Somedefinitionsandtheorems．municationsinNonlinearScienceandNumericalSimulation,2009，14（４）：983997

申報材料清單（申報論文一篇，相關(guān)資料名稱及數(shù)量）共兩份：申請表論文科研管理部門簽章年月日作品全稱結(jié)合計算機(jī)模擬的蛋白質(zhì)分離純化實驗作品分類（D）A．機(jī)械與控制（包括機(jī)械、儀器儀表、自動化控制、工程、交通、建筑等）B．信息技術(shù)（包括計算機(jī)、電信、通訊、電子等）C．?dāng)?shù)理（包括數(shù)學(xué)、物理、地球與空間科學(xué)等）D．生命科學(xué)（包括生物、農(nóng)學(xué)、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)、健康、衛(wèi)生、食品等）E．能源化工（包括能源、材料、石油、化學(xué)、化工、生態(tài)、環(huán)保等）作品撰寫的目的和基本思路目的和思路：目前在生化分離提純實驗中對于分離純化效果的優(yōu)劣判斷，是根據(jù)純化倍數(shù)和回收率作大概判斷的，這種判斷較為粗糙，帶有很強(qiáng)的主觀性，而且回收率和純化倍數(shù)往往具有此消彼長的關(guān)系，有時候很難對純化效果的優(yōu)劣作出客觀的判斷；為此我們用數(shù)學(xué)建模的方法，將純化倍數(shù)和回收率綜合在一起，創(chuàng)造出一個衡量純化效果優(yōu)劣的實驗指標(biāo)——純化效益。沉淀法是較為常用的一類分離純化方法，目前用沉淀法進(jìn)行分離純化實驗往往是通過改變沉淀劑的用量，進(jìn)行大量的對照試驗從而摸索出最佳的試劑用量，用這種方法摸索出的最佳試劑用量，其準(zhǔn)確性很大程度上受到對照實驗試劑用量密度間隔的制約，故效率不高；我們從理論上推導(dǎo)出試劑用量與沉淀效果可能存在的函數(shù)關(guān)系，并通過少量的對照實驗數(shù)據(jù)對函數(shù)進(jìn)行求解和檢驗，然后利用求解的函數(shù)關(guān)系式進(jìn)行計算機(jī)模擬沉淀實驗，從而高效準(zhǔn)確地確定最佳試劑用量。進(jìn)行計算機(jī)模擬實驗不僅不需很多的實際操作，減少了資源消耗和工作量，而且可以在短時間內(nèi)完成大量的對照實驗，使實驗的效率得到大大提高；但其前提條件是，必須先求解出來試劑用量與實驗結(jié)果之間的關(guān)系，并且這個關(guān)系式便于應(yīng)用；目前關(guān)于沉淀的數(shù)學(xué)模型并不少，但限于其表達(dá)形式復(fù)雜，很難用于分離純化實驗；本文用數(shù)學(xué)建模的方法來求解便于應(yīng)用的試劑量與沉淀效果之間的函數(shù)關(guān)系,并且將其與計算機(jī)結(jié)合起來，提供了一個結(jié)合計算機(jī)模擬的蛋白質(zhì)分離純化模板。（我們已經(jīng)開發(fā)了蛋白質(zhì)沉淀模擬軟件）作品的科學(xué)性、先進(jìn)性及獨特之處提出了衡量純化效果優(yōu)劣的定量指標(biāo)——純化效益，消除了生化分離純化過程中純化效果優(yōu)劣判斷的不確定性。對現(xiàn)有沉淀假說進(jìn)行擴(kuò)充和數(shù)學(xué)化，建立便于應(yīng)用的數(shù)學(xué)模型。對現(xiàn)有不便于應(yīng)用的數(shù)學(xué)沉淀模型進(jìn)行數(shù)學(xué)簡化處理，建立便于應(yīng)用的數(shù)學(xué)模型。將建立的數(shù)學(xué)模型與計算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來，建立了便利應(yīng)用的計算機(jī)模擬的蛋白質(zhì)分離純化模板。實現(xiàn)了生化分離技術(shù)和計算機(jī)的結(jié)合，開拓了計算機(jī)模擬生化分離純化實驗的先河，將生化基礎(chǔ)研究的高速發(fā)展推向一個高科技水平，使生化實驗變得更加精準(zhǔn)高效。開發(fā)了一個模擬蛋白質(zhì)分離純化實驗的軟件。作品的實際應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義實驗工作者可以根據(jù)本文提供的模型進(jìn)行分離純化的計算和模擬實驗，可以用快速找到實驗的最優(yōu)方案。減少了實驗的工作量和實驗藥品的用量。實驗工作者可以根據(jù)我們提供的純化效益的公式對分離純化的效果進(jìn)行分析，這樣可以快速找出實驗的最優(yōu)方案。使分離純化效果的分析變得簡單、高效、客觀。讓分離純化與計算機(jī)結(jié)合起來，實現(xiàn)了分離純化在計算機(jī)上進(jìn)行模擬。學(xué)術(shù)論文文摘本文利用數(shù)學(xué)建模的方法首次提出了衡量分離純化效果優(yōu)劣的定量指標(biāo)——純化效益；并對回純系數(shù)的確定進(jìn)行解釋，以便讓大家根據(jù)自己的需要選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，從而達(dá)到最佳的實驗效果。建立了便于應(yīng)用推廣的聚乙二醇（polyethyleneglycol，PEG）和硫酸銨沉淀分離純化模型并對模型進(jìn)行求解、檢驗和應(yīng)用。提出了PEG和硫酸銨分級沉淀的最優(yōu)實驗方案求解模型，并對其步驟進(jìn)行解釋，以海芋過氧化物酶分離純化為例，提供了求解的模板。作品在何時、何地、何種機(jī)構(gòu)舉行的會議上或報刊上發(fā)表及所獲獎勵無鑒定結(jié)果請?zhí)峁τ诶斫?、審查、評價所申報作品具有參考價值的現(xiàn)有技術(shù)及技術(shù)文獻(xiàn)的檢索目錄[1]王建龍，文湘華．現(xiàn)代環(huán)境生物技術(shù)．北京：清華大學(xué)出版社，2001[2]郭勇．酶的生產(chǎn)與應(yīng)用．化學(xué)工業(yè)出版社．2003，9：84－85[3]趙亞華，高向陽．生物化學(xué)與分子生物學(xué)實驗技術(shù)教程高等教育出版社．2005.9：95－96[4]劉憲華，魯逸人．環(huán)境生物化學(xué)實驗教程．科學(xué)出版社．2006，9：70－82[5]BramL.H.M.Sperber,HenkA.Schols,MartienA.CohenStuart,WillemNorde,AlphonsG.J.Voragen．Influenceoftheoverallchargeandlocalchargedensityofpectinontheplexformationbetweenpectinandβlactoglobulin．FoodHydrocolloids,2009，23(3)：765772[6]胡瓊英．生物化學(xué)實驗．化工出版社，2007[7]郭勇．酶的生產(chǎn)與應(yīng)用．化學(xué)工業(yè)出版社，2003,9：84－85[8]LuísaA.Ferreira,EugéniaA.Macedo,Sim?oP.Pinho．Theeffectofammoniumsulfateonthesolubilityofaminoacidsinwaterat(298.15and323.15)

K．TheJournalofChemicalThermodynamics,2009,41(2):193196[9]RameshDandu,ArthurVonCresce,RobertBriber,PaulDowell,JosephCappello,HamidrezaGhandehari．Silk–elastinlikeproteinpolymerhydrogels:Influenceofmonomersequenceonphysicochemicalproperties．Polymer,2009，50(2)：366374[10]鐘譚衛(wèi)．大學(xué)數(shù)學(xué)．科學(xué)出版社，2003.8：73－74[11]ShijunLiao．Notesonthehomotopyanalysismethod:Somedefinitionsandtheorems．municationsinNonlinearScienceandNumericalSimulation,2009，14（４）：983997申報材料清單（申報論文一篇，相關(guān)資料名稱及數(shù)量）共兩份：申請表論文科研管理部門簽章年月日

C.當(dāng)前國內(nèi)外同類課題研究水平概述說明：1.申報者可根據(jù)作品類別和情況填寫；2.填寫此欄有助于評審。就我們所查的資料而言，并沒有發(fā)現(xiàn)有人對這方面進(jìn)行深入的研究。對于純化效益也是本文最先提出的。而對PEG沉淀的原理也是處于假設(shè)階段，現(xiàn)在比較多人認(rèn)可的是空間阻排學(xué)說，但是這個學(xué)說并沒有證實。對于硫酸銨沉淀的原理則研究得比較深入，而且也比較成熟，但是提出的公式很難直接用于硫酸銨沉淀的分析。因此對于這方面的知識需要加以改進(jìn)以便更好的應(yīng)用于實際工作中。