[发明专利]蛋白质侧链结构预测装置、方法以及计算机可读介质

说明书

本发明提供一种蛋白质侧链结构预测装置、方法以及计算机可读介质，属于蛋白质侧链结构预测领域。因为本发明提供的方法只要获取到蛋白质的总稳定信息，将总稳定信息与约束信息写成相应的伊辛哈密顿量，同时通过量子退火即可得到蛋白质侧链结构的最优预测结果，所以，本发明提供的方法可以快速、准确地获得全部蛋白质侧链结构的预测结果，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种蛋白质侧链结构预测领域，具体涉及一种蛋白质侧链结构预测装置、方法以及计算机可读介质。

背景技术

蛋白质因其具有特定结构而成为具体生命功能的执行者。从这个意义上讲，蛋白质是一类最重要的生物大分子。因此，确定蛋白质的三维结构成为生物领域的一项重要课题。而随着人类基因组计划的顺利完成，多种模式动植物基因序列的完全测定以及蛋白质工程技术的不断发展，蛋白质三维空间结构的预测变得越来越重要。这体现在两个方面，一是由此产生的海量的核酸与蛋白质一级结构数据库所包含的生物信息亟需解释；二是传统的蛋白空间结构分析技术，如X-射线晶体衍射法和核磁共振技术，既费时又费力，使得蛋白质空间结构测定的速度相对较慢。这些都使得蛋白质空间结构的准确预测变得日益紧迫和重要。

蛋白质是由氨基酸主链和每个氨基酸主链上连接的一个侧链残基连接而成的链条。构成蛋白质的氨基酸的每个主链都一样，而侧链是20种可能的分子之一(大部分人体蛋白质由20种氨基酸构成)。氨基酸的主链彼此首尾相连构成了蛋白质的骨架。蛋白质的氨基酸序列指的是蛋白质的侧链残基的序列，从氨基酸序列可得知蛋白质三维结构，从而可得知蛋白质功能。如果已知蛋白质骨架的三维位置，子问题就是确定侧链的三维位置，叫做侧链定位问题。

氨基酸的主链可以进行旋转，氨基酸的侧链也具有一定的灵活性，并且每个侧链可以进行多点旋转，每个侧链的一种三维结构可以用一个旋转异构体进行表示。然而，由于每个旋转点的旋转角度不同，所以，每一个侧链的旋转异构体的数目不止一个。比如：脯氨酸(proline)尽管只有1个旋转点，但是该旋转点能旋转3种角度，所以脯氨酸有3个旋转异构体。再如：精氨酸(arginie)有4个旋转点，因此精氨酸共有3^4＝81种旋转异构体。

现有技术中有很多预测蛋白质侧链结构的方法，如SCWRL、CIS-RR都由于其速度快、准确率高，使用方便等特色受到了好评。然而SCWRL3/4和CIS-RR都是确定算法，尽管可以在较短的时间内获得近似解，但容易陷入局部最优。相比之下，基于量子退火的伊辛模型可以较为快速地求解出蛋白质侧链结构的全局最优问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种蛋白质侧链结构预测装置、方法以及计算机可读介质。

本发明提供了一种蛋白质侧链结构预测装置，具有这样的特征，包括：蛋白质信息存储部，存储有蛋白质的第一稳定信息、第二稳定信息以及第三稳定信息；稳定信息求和部，将第一稳定信息、第二稳定信息以及第三稳定信息进行求和，得到总稳定信息；以及蛋白质侧链结构预测部，将总稳定信息与约束信息写成对应的伊辛哈密顿量，并进行化简、校准后在伊辛模型中进行演化，得到蛋白质侧链结构的预测结果。

在本发明提供的蛋白质侧链结构预测装置中，还具有这样的特征：稳定信息求和部中总稳定信息的表达式如下：

其中，蛋白质信息存储部中第一稳定信息E₀为蛋白质主链结构骨干自身贡献的稳定信息，E₀为常数；第二稳定信息为第i个氨基酸侧链的旋转异构体i_r自身贡献的稳定信息与氨基酸主链骨干相互作用贡献的稳定信息之和；第三稳定信息为第i个氨基酸侧链的旋转异构体i_r和第j个氨基酸侧链的旋转异构体j_s相互作用贡献的稳定信息。