[发明专利]一种统计分析蛋白质肽键的顺式和反式结构的方法

摘要

一种统计分析蛋白质肽键的顺式和反式结构的方法，属于蛋白质结构分析、结构预测和顺式与反式构型异构研究领域。主要特点为：采用蛋白质肽平面碳、氮、氧原子建立坐标标架，计算待考察原子在单位球面上中的经纬度角，并将所有待考察原子投影到这个单位球面上，得到待考察原子的三维统计分布图；这是一种直观地、可视化的蛋白质结构分析方法，能有效地展现肽键的顺式和反式结构中的差异，揭示肽键的顺式和反式结构中原子的分布特征。比现有的基于结构化学的方法更新颖；可分析任意侧链原子的结构特性；能够直观地能够展现蛋白质中某种原子或某类原子的几何结构特性；对蛋白质结构预测、结构优化、结构约束、顺式和反式结构异构化分析具有重要意义。

主权项

1.一种统计分析蛋白质肽键的顺式和反式结构的方法，主要特点为：采用蛋白质肽平面碳、氮、氧原子建立坐标标架，计算待考察原子在单位球面上的经纬度角，并将所有待考察原子投影到这个单位球面上，得到待考察原子的三维统计分布图；这是一种直观地、可视化的蛋白质结构分析方法，能有效地展现肽键的顺式和反式结构中的差异，揭示肽键的顺式和反式结构中原子的分布特征，其特征在于：包括如下步骤：步骤(1)：获取蛋白质实验结构，建立蛋白质结构数据库；其中，获取蛋白质实验结构是从蛋白质数据银行：PDB，http://www.rcsb.org中下载；具体的，可从此蛋白质数据银行下载X‑Ray晶体衍射的蛋白质实验结构，选择分辨率优于1.0埃的蛋白质实验结构；步骤(2)：建立碳氮氧坐标标架，即CNO坐标标架；从步骤(1)建立的蛋白质结构数据库的蛋白质实验结构中提取每个氨基酸残基上的主链碳、氮、氧原子坐标，以主链碳原子为坐标原点，引入单位切向矢量、单位副法向矢量和单位法向矢量，构成右手正交的碳氮氧坐标标架，称为CNO坐标标架；其中，主链碳、氮、氧原子记为C、N、O，它们从蛋白质的氮末端到碳末端根据氨基酸残基顺序编号，编号记为i，i＝1,2,3,…,M，M是一个蛋白质中氨基酸残基总数；第i个氨基酸残基上的主链碳、氮、氧原子记为C_i、N_i、O_i；它们的坐标记为第i+1个氨基酸残基上的主链碳、氮、氧原子记为C_i+1、N_i+1、O_i+1；它们的坐标记为其中，单位切向矢量记为ui，单位副法向矢量记为wi，单位法向矢量记为vi；其中，采用i个肽平面上主链Ci、Ni+1、Oi原子建立的碳氮氧坐标标架记为第i个CNO标架；其中，第i个肽平面指由第i和i+1个氨基酸残基形成平面；其中，单位切向矢量、单位副法向矢量、单位法向矢量表述为如下公式(1)：步骤(3)：确定待考察原子在CNO坐标标架中的坐标，具体为：从步骤(1)建立的蛋白质结构数据库的蛋白质实验结构中，提取待考察的中心碳原子、主链碳原子、主链氮原子、主链氧原子、侧链碳原子的坐标；在蛋白质实验结构中，采用的是实验室坐标系；根据这个坐标系下待考察原子坐标，计算待考察原子在CNO坐标标架中的坐标；其中，中心碳原子、主链碳原子、主链氮原子、主链氧原子、侧链碳原子采用与步骤(2)一致的编号；其中，中心碳原子记为Cα，第i和i+1个氨基酸残基上的中心碳原子记为Cαi、Cαi+1；其中，沿着侧链第1个碳原子记为Cβ，第i+1个氨基酸残基的侧链第1个碳原子记为Cβi+1；其中，计算Cαi+1、Ci+1、Ni+1、Oi+1、Cβi+1原子在CNO坐标标架中的坐标表述为如下公式(2)：其中，为C^α_i+1、C_i+1、N_i+1、O_i+1、C^β_i+1原子在CNO坐标标架中的坐标；其中，公式(2)中的坐标都可以分解为三个分量形式，表述为如下公式(3)：其中，符号A表示Cαi+1、Ci+1、Oi+1、Cβi+1原子中的任意一个；其中，x′A、y′A、z′A表示A原子在CNO坐标标架中ui、wi、vi方向上的分量；步骤(4)：根据CNO坐标标架建立单位球面，计算待考察原子在单位球面中的经纬度角，具体为：根据步骤(2)中建立的CNO坐标标架，建立单位球面；由球坐标和步骤(3)中CNO坐标标架的坐标转换关系，计算考察原子在单位球面中的经纬度角；其中，待考察原子在单位球面中的经纬度角记为其中，单位球面建立方法为：球面半径为1，第i个单位球面的球心在主链碳原子Ci上；步骤(2)中CNO坐标标架的单位切向矢量ui的顶点位于单位球面的北极，单位球面北极处的纬度为0度；过CNO坐标标架的单位切向矢量ui和单位法向矢量vi的大半圆的经度为0度；其中，球坐标与CNO坐标标架的坐标转换关系表述为如下公式(4)：步骤(5)：将步骤(1)建立的蛋白质结构数据库的蛋白质实验结构中所有顺式和反式结构的待考察原子投影到单位球面上，得到顺式和反式结构中待考察原子的分布，具体为：步骤(5).1：采用肽平面原子形成的二面角，判断肽平面的顺式和反式结构，由步骤(1)蛋白质结构数据库，得到顺式结构肽平面数据组、反式结构肽平面数据组；其中，顺式和反式结构辨别方法为：Cαi‑Ni‑Ci+1‑Cαi+1原子形成的二面角在[‑90°,90°]范围是顺式结构，Cαi‑Ni‑Ci+1‑Cαi+1原子的二面角在[90°,‑90°]范围是反式结构；步骤(5).2：根据顺式结构中，后一个氨基酸残基是否为脯氨酸，将由步骤(5).1的顺式结构肽平面数据组分成含脯氨酸顺式结构肽平面数据组和不含脯氨酸顺式结构肽平面数据组；其中，含脯氨酸顺式结构肽平面数据组和不含脯氨酸顺式结构肽平面数据组分别记为cis‑proline和cis‑nonproline；步骤(5).3：根据反式结构肽平面数据组，计算所有待考察原子的经纬度角，由经纬度角确定单位球面上待考察原子的投影点，得到反式结构中待考察原子的统计分布；步骤(5).4：根据含脯氨酸顺式结构肽平面数据组，计算所有待考察原子的经纬度角，由经纬度角确定单位球面上待考察原子的投影点，得到所有cis‑proline中待考察原子的统计分布；步骤(5).5：根据不含脯氨酸顺式结构肽平面数据组，计算所有待考察原子的经纬度角，由经纬度角确定单位球面上待考察原子的投影点，得到所有cis‑nonproline中待考察原子的统计分布；其中，步骤(5).3‑5中单位球面上投影点的经纬度角与步骤(4)的经纬度角表述一致。