Operations research approaches for protein structure prediction in lattice models

Bu çalışmada, enerji fonksiyonunun en aza indirgenerek, bir proteinin doğal yapısının, o proteinin amino asit dizilimi kullanılarak tahmin edilmesinden oluşan Protein Yapı Tahmini (PYT) problemi kafes model yapısında yöneylem araştırma bakış açısıyla ele alınmaktadır. Bu problem tıp, moleküler biyoloji, biyokimya ve biyofizik gibi bilim dalları için hayati önem taşımaktadır ve kafes model yapısına indirgendiğinde bile NP-Zor olup hesaplama açısından oldukça zorlayıcıdır. Bu tezde, kafes model yapısındaki PYT problemi için çeşitli geçerli eşitsizlikler ve iki farklı simetri kırma yöntemiyle geliştirilen karışık tamsayılı doğrusal programlama (KTDP) modelleriyle birlikte, üç üstsezgisel algoritma sunulmuş ve bunların başarımları hesaplamalı deneylerle ölçülerek değerlendirilmiştir. Kübik ve kare kafes yapılarındaki hidrofobik-polar (HP) model, bu çalışmanın odak noktasını oluştururken, diğer karmaşık PYT modelleri için, bu tezde sunulan eniyileme yöntemlerinin daha kapsamlı halleri önerilerek, HP model ile ilgili bazı konular irdelenmiştir. Önerilen KTDP modelleri, hem en iyi tamsayı çözümü bulmada, hem de bu modellerin doğrusal programlama (DP) gevşetmeleri için sıkı sınırlar bulmada, çalışma zamanı açısından, bilinen modellerden daha iyi sonuç vermiştir. Ayrıca, sunulan üstsezgisel algoritmaların, kıyaslama örneklerinin büyük bir kısmı için en iyi çözümleri bulabildiği gösterilmiştir. Daha sonra, üstsezgisel algoritmalardan elde edilen çözümler, matematiksel modeller için başlangıç çözümleri olarak kullanılmış; problemin özelliklerine göre, olurlu bölgeyi kısıtlamada bir yol olarak gösterilmiştir. Üstsezgisel algoritmalarla bütünleştirilerek sunulan matematiksel modeller, kare ve kübik kafes yapıdaki HP modeller için geliştirilen diğer matematiksel modellerden önemli ölçüde daha iyi sonuçlar vermiştir. Son olarak, diğer PYT modellerinin, sunulan eniyileme yöntemleri üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. Ayrıca, hesaplamalı sonuçlar sunulan yöntemlerin dayanıklılığını kanıtlamıştır.