[發(fā)明專利]一種基于構(gòu)象多樣性策略的蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810238662.0
• 申請日: 2018-03-22
• 公開（公告）號: CN108647486B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張貴軍;劉俊;王柳靜;謝騰宇;周曉根;馬來發(fā)
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G16B15/00
• 分類號: G16B15/00;G06N3/12
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務(wù)所有限公司 33241
• 代理人: 王利強(qiáng)

1.一種基于構(gòu)象多樣性策略的蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)預(yù)測方法，其特征在于：所述蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)預(yù)測方法包括以下步驟：

1)給定預(yù)測蛋白質(zhì)序列信息；

2)設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)：種群規(guī)模N，種群的進(jìn)化次數(shù)G_max，重組概率p_c，變異概率p_m；

3)第一階段，種群初始化：迭代Rosetta協(xié)議第一階段的片段組裝，產(chǎn)生具有N個個體的初始種群令

4)第二、三、四階段基于相應(yīng)的Rosetta協(xié)議，分別執(zhí)行步驟5)至步驟9)；

5)開始迭代，設(shè)g＝1，其中種群代數(shù)g∈{1,2,...,G_max}；

6)對種群P^new中的每一個個體P_i^new，其中i∈{1,2,...,N}，使用Rosetta協(xié)議相應(yīng)階段的片段組裝進(jìn)行構(gòu)象搜索，產(chǎn)生下一代種群P＝{P₁,P₂,...,P_N}，g＝g+1；

7)對種群P中的個體執(zhí)行遺傳算子操作和局部搜索，產(chǎn)生新的種群P^*，過程如下：

7.1)對種群P中的個體隨機(jī)兩兩配對，生成N/2對父本＜P_i,P_j＞，其中i,j均∈{1,2,...,N}，且i≠j；

7.2)執(zhí)行重組操作：對每一對父本，生成隨機(jī)數(shù)rand1∈[0,1]；當(dāng)rand1≤p_c，隨機(jī)交換P_i和P_j的一個loop區(qū)域的殘基二面角值，產(chǎn)生對應(yīng)的新構(gòu)象個體P_i′,P_j′，所有父本執(zhí)行完重組操作后形成新的種群P′；

7.3)執(zhí)行變異操作：對種群P′中的每一個個體P_i′，其中i∈{1,2,...,N}，進(jìn)行變異，過程如下：

7.3.1)檢測個體P_i′的每一個滑動窗口W_ik中是否含有二級結(jié)構(gòu)為loop的殘基，其中k∈{1,2,...,l-f+1}，l表示蛋白質(zhì)序列的長度，f∈{3，9}表示片段的長度，第二、三階段f＝9，第四階段f＝3；

7.3.2)若W_ik中含有二級結(jié)構(gòu)為loop殘基：生成隨機(jī)數(shù)rand2∈[0,1]；rand2≤p_m，執(zhí)行一次片段插入，對該窗口中的loop殘基進(jìn)行變異；

7.3.3)遍歷完所有窗口后，產(chǎn)生新的個體P_i″；

7.3.4)所有個體執(zhí)行完變異操作后形成新的種群P″；

7.4)執(zhí)行局部搜索操作：對種群P″中的每一個個體P_i″，其中i∈{1,2,...,N}，使用Rosetta協(xié)議相應(yīng)階段的片段組裝進(jìn)行局部搜索，產(chǎn)生新的個體P_i^*；所有個體執(zhí)行完局部搜索操作后形成新的種群P^*；

8)生成候選個體集合其中M表示集合中的個體數(shù)量；計算每一個候選個體的能量和多樣性其中t∈{1,2,...,M}；過程如下：

8.1)候選個體的能量由Rosetta協(xié)議相應(yīng)階段的能量函數(shù)計算；

8.2)候選個體的多樣性其中均方根誤差表示構(gòu)象x_t和x_l的相似程度，l∈{1,2,...,M}；Γ＝＜γ₁,γ₂,...,γ_G＞表示構(gòu)象的折疊狀態(tài)，其中γ_e表示構(gòu)象中二級結(jié)構(gòu)元素間的位置關(guān)系，e∈{1,2,...G}；G＝2m(m-1)，m表示構(gòu)象中二級結(jié)構(gòu)元素的個數(shù)；

9)從候選個體集合中選擇優(yōu)秀個體進(jìn)入下一代，過程如下：

9.1)根據(jù)構(gòu)象的能量和多樣性對候選個體進(jìn)行排序；執(zhí)行R次循環(huán)排序，每次循環(huán)執(zhí)行步驟9.2)；

9.2)設(shè)h＝1,其中h∈{1,2,...,R-1}，過程如下：

9.2.1)生成隨機(jī)數(shù)rand3∈[0,1]；

9.2.2)若且交換和的位置，轉(zhuǎn)至步驟9.2.7)；否則，執(zhí)行步驟9.2.3)；

9.2.3)若且交換和的位置，轉(zhuǎn)至步驟9.2.7)；否則，執(zhí)行步驟9.2.4)；

9.2.4)若且且rand3≤0.5，交換和的位置，轉(zhuǎn)至步驟9.2.7)；否則，執(zhí)行步驟9.2.5)；

9.2.5)若rand3≤0.5且交換和的位置，轉(zhuǎn)至步驟9.2.7)；否則，執(zhí)行步驟9.2.6)；

9.2.6)若rand3＞0.5且交換和的位置，轉(zhuǎn)至步驟9.2.7)；

9.2.7)h＝h+1，若h≤R-1，轉(zhuǎn)至9.2.1)；否則，結(jié)束本次循環(huán)；

9.3)執(zhí)行完R次循環(huán)排序后，生成有序的候選個體集合

9.4)選擇集合的前N個個體形成下一代種群P^new；

9.5)g＝g+1，若g≤G_max，轉(zhuǎn)至步驟7)；否則，結(jié)束本階段循環(huán)；

10)根據(jù)Rosetta協(xié)議輸出預(yù)測結(jié)果。