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研究生:施乃嘉
研究生(外文):Nai-chia Shih
論文名稱:MS2之三維結構重組---從數學角度之探討
論文名稱(外文):Mathematical Studies on the 3D Reconstruction of phage MS2
指導教授:吳純純吳純純引用關係
指導教授(外文):Chun-chun Wu
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:應用數學所
學門:數學及統計學門
學類:數學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:87
中文關鍵詞:正十二面體正二十面體MS2噬菌體五角化十二面體
外文關鍵詞:bacteriophage MS2pentakis dodecahedrondodecahedronicosahedron
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藉由MS2噬菌體的電子顯微鏡二維影像及EMAN軟體重組三維結構,從數學的角度對於MS2噬菌體三維結構的模型進行探討。以數學多面體的推論,得到MS2噬菌體的三維結構可能是正二十面體、正十二面體或五角化十二面體。透過電子顯微鏡的二維影像可歸納出MS2噬菌體是正二十面體。利用EMAN軟體以正二十面體對稱參數進行MS2噬菌體電子顯微鏡二維影像的三維結構重組,經二次精煉收斂後結果顯示MS2噬菌體為正二十面體結構,但若繼續精煉十次結果顯示MS2噬菌體為正十二面體,因此收斂後再繼續精煉是不具意義的,且會造成不正確的重組結果。從三褶對稱或二褶對稱的粒子影像可看出MS2噬菌體附著於大腸桿菌鞭毛的位置都是正二十面體的面的部分,而非角的點。
With 2D images from electron microscopy and 3D models by using EMAN software, the 3D microstructure of bacteriophage MS2 was studied from mathematical point. With mathematical analysis MS2 might be an icosahedron, a dodecahedron or a pentakis dodecahedron. The EM images showed 2, 3 and 5-fold views of an icosahedron. After two refinements, an icosahedral model was reconstructed with EM images by using EMAN software. The refinement converged by the second iteration in EMAN processes. After convergence the further refinements were not necessary since the reconstructed icosahedral model lost its angular peaks and became a dodecahedron. With EM images and the reconstructed model the attaching position of MS2 on E. coli pilus was on a trianglar face rather than a trianglar vertex.
中文摘要 ----------------------------------------------------------------------i
英文摘要 ----------------------------------------------------------------------ii
目錄 ----------------------------------------------------------------------------iii
第一章 緒論 -----------------------------------------------------------------1
第二章 影像處理相關理論 -----------------------------------------------7
2.1 電子顯微鏡相關理論 -----------------------------------------------7
2.2 電子顯微鏡影像分析法 --------------------------------------------9
2.3 影像分類 -------------------------------------------------------------10
2.3.1 主成分分析 -----------------------------------------------------10
2.3.2 集群分析 --------------------------------------------------------12
2.4 二維影像處理 -------------------------------------------------------17
2.4.1 二維影像基本概念 --------------------------------------------17
2.4.2傅利葉轉換與傅利葉逆轉換 ---------------------------------18
2.4.3摺積定理----------------------------------------------------------20
2.4.4 影像增強處理---------------------------------------------------21
2.4.5 二維線性數位濾波器 -----------------------------------------21
2.4.6 高通濾波器 -----------------------------------------------------22
2.4.7 低通濾波器 -----------------------------------------------------23
2.5 EMAN軟體的三維重組 -------------------------------------------23
第三章 多面體與蛋白質排列的相關理論------------------------------25
3.1 多面體理論 ----------------------------------------------------------25
3.2 投影理論 -------------------------------------------------------------28
3.3 多面體二維投影之對稱性 ----------------------------------------30
3.4 蛋白質排列 ----------------------------------------------------------32
3.5 三角剖分數 ----------------------------------------------------------35
第四章 MS2噬菌體三維結構在數學上之探討與確認 -------------40
4.1 MS2噬菌體三維結構在數學上之探討 -------------------------41
4.2 MS2噬菌體三維結構從影像上之確認 -------------------------49
4.2.1 五褶對稱之討論 ----------------------------------------------49
4.2.2 三褶對稱之討論 ----------------------------------------------50
4.2.3 二褶對稱之討論 ----------------------------------------------50
4.2.4 結論 -------------------------------------------------------------51
第五章 MS2噬菌體在EMAN軟體上之分類與重組 --------------53
5.1基本定義 -------------------------------------------------------------53
5.2使用軟體 -------------------------------------------------------------54
5.3粒子選取 -------------------------------------------------------------54
5.4二維影像分類 -------------------------------------------------------57
5.4.1 測試EMAN軟體初步的分類可信度之評估 ------------57
5.4.1.1分類測試一 ------------------------------------------------57
5.4.1.2分類測試二 ------------------------------------------------59
5.4.1.3結論 ---------------------------------------------------------60
5.4.2 影像分類 -------------------------------------------------------60
5.4.2.1 影像分類流程 --------------------------------------------60
5.4.2.2 影像分類結論 --------------------------------------------60
5.5二維影像濾波處理 -------------------------------------------------62
5.5.1 低通濾波處理 -------------------------------------------------63
5.5.2 高通濾波處理 -------------------------------------------------65
5.6三維結構重組 -------------------------------------------------------67
5.6.1 初始三維模型建立 --------------------------------------------67
5.6.2 三維模型精煉 --------------------------------------------------73
5.6.2.1 五摺對稱精煉 --------------------------------------------73
5.6.2.2 正二十面體對稱精煉 -----------------------------------76
第六章 問題與討論 -------------------------------------------------------80
6.1 MS2噬菌體附著機制之探討 ------------------------------------80
6.2 EMAN軟體重組正二十面體對稱之探討 ---------------------82
參考文獻 ---------------------------------------------------------------------84
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