邻近效应是指蛋白质序列中氨基酸及氨基酸替代的邻近位点存在组成偏好。对于氨基酸替代，邻近效应也表现为邻近位点组成会影响氨基酸替代的类型。邻近效应作为氨基酸及氨基酸替代的重要特性，对维持蛋白结构和功能的稳定具有重要作用。本论文以邻近效应为中心，通过以下四个部分研究，深入分析了蛋白质序列中氨基酸自身以及氨基酸替代的邻近效应。第一部分：利用相对熵的原理和方法，分析了人类蛋白质组中20种氨基酸各自的邻近效应。结果表明：（1）绝大多数氨基酸的最高相对熵值出现在N端和C端方向第1-2个邻近位点中，说明这些位点存在最大的组成偏好。（2）半胱氨酸和甘氨酸表现出特殊的邻近效应。其中，半胱氨酸邻近位点的最高相对熵值出现在两侧第三个位点上；而甘氨酸邻近位点的相对熵值存在明显地周期性变化。（3）除苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸等7种氨基酸外，其它氨基酸的邻近位点都表现出对同类氨基酸的明显偏好，我们称其为氨基酸的自我偏好特性。（4）氨基酸在不同蛋白质二级结构中表现出不同的邻近效应。在α螺旋中，氨基酸邻近位点的最高相对熵值通常出现在两侧第三或第四个位点上；在无规则卷曲中，最高相对熵值更多出现在氨基酸两侧第1-2个邻近位点上。（5）不同细胞定位中的氨基酸也存在不同的邻近效应。第二部分：进一步分析了黑腹果蝇、酿酒酵母以及大肠杆菌中氨基酸的邻近效应，并比较了不同物种之间氨基酸邻近效应的异同。结果表明：（1）一些氨基酸在不同物种中具有类似的邻近效应，例如半胱氨酸的特殊邻近效应在各物种中都存在；还有一些氨基酸存在明显差异，例如甘氨酸邻近位点的周期性现象仅在人类中存在。（2）与真核生物相比，原核生物氨基酸两侧序列中具有显著组成偏好的位点要少，说明原核生物中的氨基酸邻近效应较弱；（3）真核生物中的氨基酸具有更明显的自我偏好特性。第三部分：通过将20种氨基酸按性质分为非极性氨基酸（NON）、极性不带电氨基酸（NEU）、带正电氨基酸（POS）和带负电氨基酸（NEG）四大类，在去除氨基酸自身邻近效应影响的基础上，分析了小鼠基因组中四类氨基酸之间替代与相邻位点组成的关系。结果表明：（1）在16种（4×4）氨基酸替代类型中，有12种替代类型存在显著的邻近效应。（2）发生在NEG_NEG相邻位点环境中的NEG→NEG替代表现出最高的替代偏好，其观测值是期望值的2倍以上；而发生在NON_NON相邻位点环境中的NEU→NEU替代最受抑制，其观测值是期望值的87%左右。（3）氨基酸替代在不同蛋白质二级结构内存在不同的邻近效应。其中，在α螺旋和无规则卷曲中，分别有4种和9种氨基酸替代表现出显著的邻近效应；而β折叠中的氨基酸替代均不存在显著邻近效应。第四部分：以人类，小鼠，狗分支为研究对象，利用相对熵，详细分析了380（20×19）种氨基酸替代各自的邻近效应。结果表明：（1）有将近一半的氨基酸替代类型存在显著的邻近效应。（2）在20种氨基酸中，脯氨酸作为最受偏好的氨基酸经常出现在各类氨基酸替代的邻近位点当中。除此之外，谷氨酸、丝氨酸、丙氨酸、甘氨酸、赖氨酸、谷氨酰胺等也容易在氨基酸替代的邻近位点中出现。（3）当氨基酸被替代为脯氨酸、谷氨酸、丝氨酸、丙氨酸、甘氨酸和赖氨酸时，在替代位点的邻近位点容易观察到与替代后氨基酸同类的氨基酸残基。（3）在α螺旋中，通常在氨基酸替代两侧第三或第四个邻近位点上具有最大的组成偏好；在无规则卷曲中，最高相对熵值一般出现在替代位点两侧第1-2个邻近位点上。综上所述，本论文利用生物信息学的方法对蛋白质序列中氨基酸自身及氨基酸替代的邻近效应进行了系统分析。本研究的结果有助于促进蛋白质二级结构预测算法和体外蛋白质设计的发展，并为将来建立依赖邻近位点组成的氨基酸替代经验模型提供了重要数据参考。