[发明专利]一种利用粒子群模拟退火算法来进行蛋白质折叠预测的方法

摘要

一种利用粒子群模拟退火算法来进行蛋白质折叠预测的方法，属于蛋白质结构预测技术领域。所述方法如下利用粒子群算法和模拟退火算法优缺点互补的原理，将两种算法进行融合得出新的粒子群模拟退火算法；将步骤一得到的粒子群模拟退火算法应用在蛋白质折叠预测的能量函数上，求能量函数的全局最小值即为蛋白质折叠最好的状态；将粒子群模拟退火算法应用在斐波那契序列上进行预测，来验证粒子群模拟退火算法的有效性。本发明的优点是一种在蛋白质折叠预测方面有较好效果的粒子群模拟退火算法，该算法能够在运算精度高、搜索时间短的情况下搜索到蛋白质序列的最低能量构形，从而能够有效的预测蛋白质的结构。

主权项

一种利用粒子群模拟退火算法来进行蛋白质折叠预算的方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：步骤一：利用粒子群算法和模拟退火算法优缺点互补的原理，将两种算法进行融合得出新的粒子群模拟退火算法；步骤二：将步骤一得到的粒子群模拟退火算法应用在蛋白质折叠预测的能量函数上，求能量函数的全局最小值即为蛋白质折叠最好的状态；所述的能量函数如下：U=2ω1Σi<jUsci,scj+ω2Σi≠jUsci,pj+c---(1)]]>式(1)中，为疏水键能，即联合侧链sci和scj相互之间的作用能，εij表示的是能量参数，xij(i＝1,2,...,n)表示的是联合侧链之间位置关系，其中n为结构X中元素的个数，若两个侧链在某格点上相邻而在其序列不相邻时xijn＝1，否则xij＝0；若sci与scj有疏水性时，εij＝‑2.3kJ/mol；若sci与scj有亲水性时，εij＝0kJ/mol；若一个有亲水性，一个有疏水性时，εij＝‑1kJ/mol；表示惩罚项，是为了避免一个残基侧链和另一残基主链离得太近造成不合理的构形而加入的；如果sci与scj相邻，则rij忽略不计；如果不相邻，则rij≈‑0.05kJ/mol，xij＝0；因此乘积rij xij始终为0，故第二项为权重，C为常数；蛋白质的结构预测归结为求如下的优化问题：minf(X)s.t.X∈Ω---(2)]]>式(2)中，f(X)表示势能函数，Ω表示构象空间，一般采用的是区域分裂的技术来优化求解问题；由于Xk为蛋白质的某种结构，如果结构中的每一元素的亲、疏水性已确定，那么要得到能量最小的结构只需知道元素之间的位置关系；由式(1)知该结构的总能量为Uk=Σi=1nΣj=1nUsci,scjk+c=Σi=1nΣj=1nϵijxijk+c,(i≠j)---(3)]]>令U＝(U1,U2,...Um)则其中，m为总构象数，U为能量分布矩阵，优化问题归结为求Xk(1≤k≤m)，使得Uk＝min{U1,U2,...,Um}；步骤三：将粒子群模拟退火算法应用在斐波那契序列上进行预测，来验证粒子群模拟退火算法的有效性。