[發明專利]一種基于副本交換和有偏分布估計的蛋白質構象空間優化方法

有效

• 申請號: 201811000669.5
• 申請日: 2018-08-30
• 公開（公告）號: CN109461472B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 李章維;肖璐倩;余寶昆;劉俊;周曉根;張貴軍
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G16B15/20
• 分類號: G16B15/20
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

1.一種基于副本交換和有偏分布估計的蛋白質構象空間優化方法，其特征在于，所述蛋白質構象空間優化方法包括以下步驟：

1)輸入預測蛋白質的序列信息；

2)參數設置：種群規模NP，最大迭代次數G_max，副本層數M，起始溫度KT₁，終止溫度KT_M，片段組裝次數N，Rosetta Score3能量函數；

3)種群初始化，過程如下：

3.1)生成M個副本種群{PR₁,PR₂,...,PR_M}，其中m∈{1,2,...,M}，表示第m個副本種群中的第n個個體，n∈{1,2,...,NP}；

3.2)按如下公式設置第m個副本種群PR_m的溫度KT_m：

3.3)對每個副本種群中的每一個個體進行片段組裝，直至所有的所有殘基都至少被替換一次；

4)副本種群交換，過程如下：

4.1)設g＝1，其中g∈{1,2,...,G_max}；

4.2)隨機選擇兩個相鄰副本種群PR_i，PR_i+1，其中i∈{1,2,…,M-1}，在[1，NP]內隨機生成互異的正整數random1、random2；

4.3)根據Rosetta score3能量函數計算種群PR_i中第random1個個體x_random1的能量E₁和種群PR_i+1中第random2個個體x_random2的能量E₂；

4.4)按如下公式計算副本交換概率P_ac：

4.5)在0到1之間生成隨機數random3；當random3≤P_ac時，交換種群PR_i中個體x_random1與種群PR_i+1中個體x_random2，否則不進行副本交換操作；

4.6)在溫度KT_m下對種群PR_m的每個個體進行片段組裝，n∈[1,NP]，組裝至構象所有位置的殘基類型都至少替換過一次；

4.7)重復步驟4.6)，直至所有的副本種群都完成步驟4.6)的操作；

4.8)g＝g+1；若g≤G_max，轉至步驟4.2)；

5)有偏分布估計片段組裝，過程如下：

5.1)設g′＝1，將片段庫中所有片段按如下公式設置標識號：

k＝p*Nb+r

其中k是片段的標識號，p是該片段對應的窗口編號，Nb是每個窗口包含的片段總數，r是該片段在其對應的窗口中的排列序號；

5.2)對所有副本種群中每個個體進行N次片段組裝；

5.3)對組裝過程中產生的構象根據能量由低到高進行排序，并選取排名前15％的構象形成集合D，設置g′＝g′+1；

5.4)統計集合D所有構象中每個被使用的片段k的組裝次數t，并根據如下公式計算使用概率

其中T是所有片段的使用次數，k∈[0,(L-l+1)Nb]，L是蛋白質序列長度，l是窗口長度；

5.5)隨機產生一個隨機數random4，random4∈[0,1]，由如下公式計算該片段的組裝概率

其中是片段k此次迭代的組裝概率，是上次迭代的組裝概率，g′為當前迭代次數；

5.6)由公式計算每個片段的累積概率，其中q_k是片段k的累積概率，s是集合D中所有被使用的片段總數，k_f表示片段k在所有被使用的片段中按片段標識號從小到大排列后是第f個片段，表示在所有被使用的片段中排列第f的片段k的組裝概率；

5.7)隨機產生一個隨機數random5，random5∈[0,1]，當random5≤q_k時，則片段k被選中，將片段k組裝到個體對應的位置上，如此操作N次結束；

5.8)迭代的運行步驟5.3)～5.7)，直至滿足g′＝G_max；

5.9)使用能量函數對種群進行選擇：把所有的種群合并成一個新種群，根據能量函數計算新種群每個個體的能量，根據能量的高低對合并的種群個體進行排序，輸出能量最低的個體作為最終預測結果。