[发明专利]一种基于局部扰动的群体蛋白质构象空间优化方法

摘要

一种基于局部扰动的群体蛋白质构象空间优化方法，首先，利用Rosetta协议进行大范围的构象搜索，并在Rosetta协议的第四阶段结合对片段的局部扰动，增强对构象空间的探索，形成较为完整的二级结构；然后，对二级结构进行扰动，使二级结构的空间排列更加接近蛋白质的真实结构，形成更接近天然蛋白质的三维结构，从而提高蛋白质结构预测的精度。本发明提供一种预测精度较高的基于局部扰动的群体蛋白质构象空间优化方法。

主权项

1.一种基于局部扰动的群体蛋白质构象空间优化方法，其特征在于：所述群体构象空间优化方法包括以下步骤：1)输入预测蛋白质的序列信息和二级结构信息，并记录每一个二级结构的第一个和最后一个残基的残基号；2)设置参数：种群规模NP，二级结构扰动迭代次数G；3)种群初始化：迭代Rosetta协议第一、二、三阶段，产生具有NP个个体的种群P＝{P1,P2,...,PNP}；4)片段局部扰动，过程如下：4.1)设n＝1，其中n∈{1,2,...,NP}；4.2)对种群中第n个个体Pn执行Rosetta协议第四阶段的3片段组装；4.3)随机选择构象Pn的一个3片段窗口，记该窗口第一个残基的Cα原子坐标为(x1,y1,z1)、最后一个残基的Cα原子坐标为(x2,y2,z2)；4.4)令对单位化，得4.5)以矢量为旋转轴，对第一个残基的C_α原子与最后一个残基的C_α原子之间的所有原子进行旋转，得到新的构象P_trial，过程如下：4.5.1)设r＝1，其中需要进行旋转的原子的编号r∈{1,2,...,R}，R表示需要旋转的原子的总数；4.5.2)生成[‑5,5]的均匀分布随机数μ，作为旋转角；4.5.3)根据旋转轴和旋转角确定旋转矩阵：其中，c＝cosμ，s＝sinμ；4.5.4)记需要旋转的原子的坐标为(xold,yold,zold)，则旋转后的坐标为(xnew,ynew,znew)＝T(xold,yold,zold)，即：其中Ti,j表示矩阵T的第i行第j列的元素，i和j均∈{1,2,3}；4.5.5)计算构象Ptrial和Pn的能量，并根据Metropolis准则决定是否用Ptrial替换Pn；4.5.6)r＝r+1；4.5.7)若r≤R，转至步骤4.5.2)执行下一个原子的旋转；否则，转至步骤4.6)；4.6)n＝n+1；4.7)若n≤NP，转至步骤4.2)对下一个个体进行扰动；否则，转至步骤5)；5)二级结构扰动，过程如下：5.1)开始迭代，设g＝1，其中迭代次数g∈{1,2,...,G}；5.2)对当前种群P中的每一个个体进行局部扰动，过程如下：5.2.1)设m＝1，其中m∈{1,2,...,NP}；5.2.2)随机选择种群P中第m个个体Pm的一个二级结构，记该二级结构第一个残基的Cα原子坐标为(x1,y1,z1)、最后一个残基的Cα原子坐标为(x2,y2,z2)；5.2.3)令对单位化，得5.2.4)以矢量为旋转轴，对第一个残基的C_α原子与最后一个残基的C_α原子之间的所有原子进行旋转，形成新的构象P_trial，过程如下：5.2.4.1)设h＝1，其中需要进行旋转的原子的编号h∈{1,2,...,H}，H表示需要旋转的原子的总数；5.2.4.2)生成[‑5,5]的均匀分布随机数γ，作为旋转角；5.2.4.3)根据旋转轴和旋转角确定旋转矩阵：其中，c＝cosγ，s＝sinγ；5.2.4.4)记需要旋转的原子的坐标为(xold,yold,zold)，则旋转后的坐标为(xnew,ynew,znew)＝T(xold,yold,zold)，即：其中Ti,j表示矩阵T的第i行第j列的元素，i和j均∈{1,2,3}；5.2.4.5)计算构象Ptrial和Pm的能量，并根据Metropolis准则决定是否用Ptrial替换Pm；5.2.4.6)h＝h+1；5.2.4.7)若h≤H，转至步骤5.2.4.2)执行下一个原子的旋转；否则，转至步骤4.2.6)；5.2.5)m＝m+1；5.2.6)若m≤NP，转至步骤5.2.2)对下一个个体进行扰动；否则，转至步骤5.3)5.3)g＝g+1；5.4)若g≤G，转至步骤5.2)执行下一次迭代；否则，转至步骤6)；6)根据Rosetta协议输出预测结果。