[发明专利]一种基于差分进化的蛋白质ATP对接方法

摘要

一种基于差分进化的蛋白质ATP对接方法，首先，使用ATPbind服务器预测出蛋白质‑ATP绑定残基信息，提升了复合物分子空间结构的预测精度；然后，通过种群个体的设计将原先的蛋白质‑ATP结构预测问题转换成搜索最优个体的优化问题，降低了计算代价；最后，通过使用差分进化算法搜索最优个体，提升了蛋白质‑ATP复合物结构的预测精度。本发明提供一种计算代价低、搜索效率高的基于差分进化的蛋白质ATP对接方法。

主权项

1.一种基于差分进化的蛋白质ATP对接方法，其特征在于：所述对接方法包括以下步骤：1)输入蛋白质和ATP的结构信息，分别记为R和A；2)对于输入的结构信息R，使用ATPbind服务器预测出蛋白质‑ATP绑定的残基位点信息，得出蛋白质与ATP绑定的n个残基，分别记为r₁,r₂,...,r_n；3)根据r₁,r₂,...,r_n的中心碳原子C_α坐标信息聚类出一个中心点C_R，根据A中各原子坐标信息聚类出一个中心点C_A，移动ATP使得C_A和C_R这两点的坐标重合；4)根据A中各原子的坐标信息聚类为三个中心点，三个中心点被称为拟原子，分别表示为与5)对PDB数据库中的每个ATP分子A^(j)，j＝1,2,...,N，根据它所有原子的坐标信息聚类出与与一一对应的三个中心点与其中，N为PDB数据库中ATP的数目；6)对PDB数据库中每个ATP的每个中心点计算它与它绑定的类型为T的残基的C_α原子之间的距离其中T为PDB中出现过的氨基酸残基类型的一种；7)计算任意残基类型T与PDB数据库中所有ATP分子的第k个中心原子C_k，k＝1,2,3，相互作用的平均距离，记作D(C_k,T)：其中8)根据步骤7)，分别计算PDB数据库中所有T类型残基与其绑定的ATP中心点C_k的相互作用平均距离D(C_k,T)；9)参数设置：设置种群规模NP，缩放因子F，交叉概率CR，最大迭代次数G_max，初始化迭代次数G＝0；10)种群初始化：随机生成初始化种群P＝{S₁,S₂,...,S_i,...,S_NP}，S_i＝(s_i,1,s_i,2,s_i,3,s_i,4,s_i,5,s_i,6)为种群P的第i个个体,s_i,1、s_i,2、s_i,3、s_i,4、s_i,5与s_i,6为S_i的6个元素，其中s_i,1、s_i,2和s_i,3的取值范围是s_i,4、s_i,5与s_i,6的取值范围为0到2π；11)对于种群中的每个个体S_i，根据如下方式将蛋白质与ATP对接，并计算该个体的得分score(S_i)：11.1)根据S_i中的后三个元素s_i,4、s_i,5与s_i,6，计算出一个三维空间旋转矩阵R：11.2)将的坐标根据如上的旋转矩阵R进行旋转分别得到三维坐标11.3)根据S_i中的前三个元素s_i,1、s_i,2、s_i,3，将旋转得到的坐标进行如下的平移过程，计算得出新的三维坐标C′₁，C′₂，C′₃：其中C′_k是平移后得到的三维坐标，对于C′_k和11.4)根据步骤8),计算得分score(S_i)：score(S_i)＝∑|D_kT‑D(C_k,T)|其中D_kT是C′_k与残基类型为T的残基C_α原子的距离，k＝1,2,3；12)根据差分进化算法，对种群P中的每个个体S_i,i∈{1,2,…,NP}作如下处理：12.1)从当前种群中P随机选择三个不同的个体S_a、S_b与S_c，其中a≠b≠c≠i，根据如下等式生成一个突变个体S_mutant：S_mutant＝S_a+F·(S_b‑S_c)12.2)将S_i中的元素信息复制到交叉个体S_cross中，再在S_cross的6个元素中随机选择一个元素s_cross,j，使用S_mutant中对应的元素s_mutant,j替换，最后，对于S_cross中的每一个元素，使用随机生成的0到1之间的随机数R来控制是否使用S_mutant中对应的元素来替换：若R＜CR，则替换，否则不替换；12.3)根据步骤11)，分别计算S_cross与S_i对应的得分score(S_cross)与score(S_i)；12.4)如果score(S_score)＜score(S_i)，则使用S_cross替换种群P中的S_i，否则S_i保留在种群P中；13)G＝G+1，如果G＞G_max，则根据当前种群P中得分最低的个体S_low，将A中所有原子坐标根据S_low中的元素信息进行旋转平移后的坐标作为最终的配体位置信息输出，否则返回步骤12)。