[发明专利]一种基于差分进化的蛋白质ATP对接方法

说明书

一种基于差分进化的蛋白质ATP对接方法，首先，使用ATPbind服务器预测出蛋白质‑ATP绑定残基信息，提升了复合物分子空间结构的预测精度；然后，通过种群个体的设计将原先的蛋白质‑ATP结构预测问题转换成搜索最优个体的优化问题，降低了计算代价；最后，通过使用差分进化算法搜索最优个体，提升了蛋白质‑ATP复合物结构的预测精度。本发明提供一种计算代价低、搜索效率高的基于差分进化的蛋白质ATP对接方法。

技术领域

本发明涉及一种生物信息学、智能优化、计算机应用领域，尤其涉及的是，一种基于差分进化的蛋白质ATP对接方法。

背景技术

随着对蛋白质的不断深入研究发现，蛋白质与小分子或配体结合的现象普遍存在,尤其是蛋白质与能量分子的结合更是广泛存在于各种生命现象中,因此研究蛋白质与配体结合的特性和规律是十分必要的。ATP是一种不稳定的高能化合物，又称腺苷三磷酸。水解时释放出能量较多，是生物体内最直接的能量来源。在细胞中，它能与ADP相互转化实现贮能和放能，从而保证了细胞各项生命活动的能量供应。生物体内很多重要的生理过程，如细胞的周期调控、合成代谢、信号传导以及遗传信息的传递等，都依赖于蛋白质和配体分子的相互作用和识别。分子对接方法对生命活动的分子机理研究、生物分子复合物结构预测和靶向药物筛选等都具有重要的意义。

经典的热力学认为,蛋白质和配体分子相互作用所形成的复合物结构应该是结合自由能最低的构象，快速且准确搜索能量极低的构象对于蛋白质-配体分子对接至关重要。

因此，分子对接计算需要采用数学模型或函数尽量准确的计算结合自由能，而且还需要高效的搜索算法快速找到自由能极低的构象。分子对接中的构象搜索是极其复杂的问题，蛋白质-配体分子对接一方面需要搜索能量低的构象，另一方面需要在短时间内搜索到各种可能的情况，因此快速有效的搜索算法是分子对接中重要的研究领域。蛋白质-配体分子对接构象搜索方法主要包括快速穷举搜索和启发式搜索两大类。配体相互作用的区域可能出现在分子表面任何位置，因此往往需要进行全局搜索，可采用快速穷举搜索遍历各种位置，或采用启发式算法进行近似的全局搜索。

快速穷举算法虽然可以快速搜索整个构象空间，但同时也引入了较多错误的构象，为区分正确构象增加了难度。启发式搜索算法是把对接体系中配体分子先进行随机平移和旋转操作，并根据能量评分对操作后的配体构象进行优化和取舍，最终找到能量最低的配体分子构象。而启发式的蒙特卡洛算法是一种通用的搜索方法，它可以在配体构象空间中随机采样，且不受构象空间结构和分布的影响。但该方法可能需要较长的计算时间才能给出较优的解。RosettaDock程序(Wang C,Schueler-Furman O,Baker D.Improvedside-chain modeling for protein-protein docking[J].Protein Science,2005,14(5):1328-1339.)和GLIDE程序(Halgren T A,Murphy R B,Friesner R A,et al.Glide:Anew approach for rapid,accurate docking and scoring.2.Enrichment factors indatabase screening[J].Journal of Medicinal Chemistry,2004,47(7):1750-1759.)就是采用蒙特卡洛算法进行全空间构象搜索，而RosettaDock程序的分子对接过程往往需要较长的时间。

因此，现有的蛋白质ATP分子对接方法在计算代价和搜索效率方面存在着缺陷，需要改进。

发明内容

为了克服现有的蛋白质与ATP对接方法在计算代价、预测精确性方面的不足，本发明提出一种计算代价低、预测精确性高的基于差分进化算法的蛋白质ATP对接方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于差分进化的蛋白质ATP对接方法，所述方法包括以下步骤：