[发明专利]一种基于残基相互作用及PEN的分子动力学结果分析方法

权利要求书

1.一种基于残基相互作用及PEN的分子动力学结果分析方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：

1)残基相互作用能矩阵的构建；

2)蛋白质能量网络结构图的构建和分析；

3)图卷积神经网络分类训练；

所述步骤1)的具体操作是：

使用工具，从仿真轨迹中提取残基—残基相互作用能量，同时计算它们之间的相关性，其中单个残基之间的相互作用能被用来构建代表网络结构中残基之间边的“强度”的相互作用能量矩阵，相互作用能量矩阵简称IEM；

所述步骤2)的具体操作是：网络结构中残基之间边的“强度”的IEM被归一化，以进一步表示网络分析任务中从一个残基到另一个残基使用的“权重”或“信息传输成本”，得到的相互作用能矩阵被用来根据基于残基的网络度量以及结构中选定残基之间的最短路径来构建和分析蛋白质能量网络，所述的蛋白质能量网络简称PEN；

所述的步骤3)的具体操作是：分析蛋白质能量网络图，使用残基相互作用矩阵作为图卷积神经网络的输入邻接矩阵，邻接矩阵的维度为N*N，其中N为蛋白质残基数量；另一个是特征矩阵H，特征矩阵H的维度为N*F，其中N代表蛋白质能量网络图中残基的个数，F为每个残基的特征维度，特征维度记录的是残基中氨基酸特征。

2.根据权利要求1所述的一种基于残基相互作用及PEN的分子动力学结果分析方法，其特征在于单个残基之间的相互作用能是在力场中定义的非键相互作用能的总和；非键相互作用能用范德华力和静电项来考虑：

这里，i和j分别表示两个残基，E_ij是计算所有轨迹帧中的残基i与j之间的相互作用能量的阵列，为静电相互作用，为范德华力相互作用。

3.根据权利要求1所述的一种基于残基相互作用及PEN的分子动力学结果分析方法，其特征在于单个残基之间的相互作用能被用来构建代表网络结构中残基之间边的“强度”的IEM；

S_ij＝|E_ij，N_ij|，这里，S_ij代表相互作用能量矩阵，E_ij是所有轨迹帧中残基i与j之间的相互作用能量，N_ij是轨迹帧中残基的个数。

4.根据权利要求1所述的一种基于残基相互作用及PEN的分子动力学结果分析方法，其特征在于步骤2)利用以下公式确定边的“权重”属性：

其中，ω表示残基i与j之间的边权重，如果残基i与j是共价键，则它们之间的权重为0.99，否则，它们之间的权重为x_ij，x_ij表示残基i和j之间的平均相互作用能。

5.根据权利要求1所述的一种基于残基相互作用及PEN的分子动力学结果分析方法，其特征在于步骤3)在蛋白质能量网络图的拓扑结构中，边是有权重的，需要将边的信息嵌入进图卷积中，进行两次图卷积的迭代和循环，公式如下：

其中X∈R^N*C，Θ∈R^C*F’，Z∈R^N*F’，N，C，F’分别代表残基个数，通道个数和卷积核个数；其中和是由邻接矩阵A和度矩阵D进一步约束得来的；

之后使用sigmoid损失函数，对蛋白质能量网络图进行半监督分类，公式如下：

其中，y_lf是已分类的残基集合，Y_lf是分类矩阵，Z_lf是图卷积网络的输出结果，F代表残基个数，L为分类结果。