[发明专利]一种基于Loop区域高斯扰动的群体蛋白质结构预测方法

摘要

一种基于Loop区域高斯扰动的群体蛋白质结构预测方法，首先，通过种群初始化得到全局搜索的构象；然后通过交叉操作，交叉种群中个体Loop区域的部分；其次，对交叉后的种群和初始种群合并到一起挑选出能量较小的个体，使用高斯分布的二面角来对构象的Loop区域扰动，并使用玻尔兹曼概率判断是否接收；最后使用聚类算法对输出的最后一代种群聚类，得到最终的蛋白质三级结构。本发明提供一种预测精度较高的基于Loop区域高斯扰动的群体蛋白质结构预测方法。

主权项

1.一种基于Loop区域高斯扰动的群体蛋白质结构预测方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：1)参数设置：设置初始种群大小NP，交叉概率CR，种群交叉代数G，最大迭代次数Gmax，温度参数KT,扰动参数a，设置能量函数；2)使用PSIPRED服务器预测目标序列的二级结构，得到每个残基的二级结构，标记二级结构为Loop类型的残基；3)设置蛋白质构象的初始种群为{x1,x2,...,xNP}，其中xi，i∈[1,NP]表示种群的第i个个体，对种群所有个体进行片段组装，直到个体中所有位置的残基都被替换一次，则完成初始化操作，初始化操作后得到种群P；4)种群交叉操作，过程如下：4.1)对种群P中的NP个个体两两配对，组成NP/2对，并对其编号a1,a2,...,aNP/2,，其中aj,j∈[1,NP/2]表示第j组；4.2)随机选择其中的一组aj，根据交叉概率CR判断是否对这两个个体进行交叉，若random(0,1)＜CR，则随机选取这一组个体的对应的Loop区域交换它，形成两个新的子代，否则，保留aj中个体不变，遍历所有组后得到交叉后的种群P′；5)把交叉后的种群P′和初始种群P合并，使用能量函数计算种群P′∪P中每个个体的能量，根据能量的高低对种群的个体排序，挑选出能量较低的前NP个个体组成新的种群；6)对Loop区域二面角高斯扰动，过程如下：6.1)选择种群中的一个个体x_i，随机选择x_i的一个Loop区域，通过(1)式产生独立的高斯随机数ψ，通过(2)得到扰动后的角度ψ＝(‑ln R1)1/2cos2πR2  (1)其中R₁和R₂是在(0，1)之间均匀分布的随机数字，ψ表示独立的高斯随机数，表示扰动前的角度，表示扰动后的角度，a表示扰动参数；6.2)使用新得到的角度替换该Loop区域的二面角得到新的个体x′_i，使用能量函数对个体x_i和x_i′计算能量得到E(x_i)和E(x_i′)，使用玻尔兹曼概率P＝exp{‑[E(x_i′)‑E(x_i)]/KT}判断是否进行二面角的替换，其中KT是温度参数，若random(0,1)＜P，保留个体x_i′，否则，保留原个体x_i；7)对种群所有个体执行步骤4)‑6)操作后，设置G＝G+1，判断G是否达到最大迭代次数，若G≤Gmax，则返回步骤4)，否则，进行步骤8)；8)输出最后一代的种群，使用K均值聚类方法挑出最大类的类心构象作为最终结果。