一种基于多种群遗传算法的一般蛋白质设计方法技术

本发明专利技术涉及一种基于多种群遗传算法的一般蛋白质设计方法，所述蛋白质设计方法包括一个最优化模型P1，通过分析蛋白质联合残基力场，并采用能量项建立蛋白质结构预测模型。本发明专利技术对一般蛋白质预测建立了新的最优化模型，把一个具有多约束最优化问题，重构为简单约束最优化问题，简化了问题，更容易进行数值计算；利用惩罚技术将问题转化为简单盒子约束的最优化问题。本发明专利技术在最优化模型P2的基础上，采用多种群遗传算法来预测蛋白质三维结构。用多种群遗传算法来预测蛋白质三维结构。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多种群遗传算法的一般蛋白质设计方法

：
[0001]本专利技术涉及生物工程
，具体涉及一种基于多种群遗传算法的一般蛋白质设计方法。

技术介绍
：
[0002]蛋白质计算设计是指通过计算理性地确定蛋白质的氨基酸序列，实现预设的结构和功能。蛋白质计算设计已逐渐形成了一套系统的方法，得到越来越多的实验验证。这些方法既可用于从头设计蛋白，也可以用于既有蛋白的理性改造，具有广泛应用前景，是合成生物学的重要使能技术之一。蛋白质是执行生物功能的主要生物大分子，也是用于构筑合成生物系统的主要元件。大多数蛋白质的功能取决于它们的特定三维空间结构和特异性分子间相互作用。氨基酸序列决定了蛋白质三维结构和相互作用，从而决定蛋白质功能。
[0003]20世纪90年代后期，随着分子力学能量函数、氨基酸侧链构象库、优化算法等的发展，Dahiyat等首先实现了用自动优化的方法来设计氨基酸序列。在此类算法中，主链骨架是被事先给定的(如来源于天然蛋白质结构)，且可被假设为固定不变。设计中需要通过计算来确定的未知量包括每个主链位置上的氨基酸残基类型以及其侧链构象。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多种群遗传算法的一般蛋白质设计方法，所述蛋白质设计方法包括一个最优化模型P1，通过分析蛋白质联合残基力场，并采用能量项建立蛋白质结构预测模型，在联合残基力场模型中，氨基酸的侧链用一个椭球体来表示,氨基酸序列的主链被简化为一系列用虚键C
a
‑
C
a
连接的a碳原子C
a
，每个a碳原子接一个联合侧链SC，肽单位用两个a碳原子之间的一个联合肽基P表示；其中只有SC和P为作用点，C
a
仅辅助确定作用点的几何位置；虚键C0‑
C0键长固定不变，侧链键C
a
‑
SC键长仅跟残基类型有关，自由变量为：虚键二面角γ、虚键键角θ和侧链键角α
SC
和β
SC
，在蛋白质结构中，两个C0原子之间形成一个肽单元，一条多肽链由多个肽单元连接而成，联合残基力场模型用一个虚拟的肽基表示一个肽单元，肽基之间主要考虑静电相互作用，联合肽基之间的相互作用能；这个势能越小，对蛋白质结构的刻画越准确，对于所有的球状蛋白质，大多数疏水侧链埋藏在蛋白质内部，形成疏水内核，亲水侧链则主要分布在蛋白质表面，这是蛋白质空间结构的一个最显著的特点，侧链间相互作用主要表示侧链之间的疏水和亲水作用，同时，为了防止一个残基的侧链与另一个残基的主链靠得太近所造成的不合理结构，联合侧链SC
i
与联合肽基P
j
之间的相互作用能不小于一定的标准；其特征是：所述最优化模型P1为：(P1)其中，是决策变量，N为蛋白质序列残基的个数；表示联合侧链SC
i
与SC
j
之间的相互作用能，包含了侧链间疏水/亲水作用的平均自由能，用i,j分别表示SC
i
和SC
j
，c
ij
为常实数，有为常实数，有其中ε
ij
和x
ij
都与侧链的类型、位置及方向有关的常数，都与侧链的类型、位置及方向有关的常数，都与侧链的类型、位置及方向有关的常数，
其中r
ij
为侧链中心的距离，σ
ij
由下式决定：由下式决定：由下式决定：由下式决定：和为单位向量，其它参数都只与残基类型有关。2.根据权利要求1所述的基于多种群遗传算法的一般蛋白质设计方法，其特征是：联合侧链sc
i
与联合肽基p
j
之间的相互作...

【专利技术属性】
技术研发人员：广红，王威丹，宋加磊，
申请(专利权)人：青岛超蓝生物信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：