基于混合遺傳算法的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測研究.pdf

1、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測問題就是如何從蛋白質(zhì)的氨基酸序列出發(fā)預(yù)測它的功能、構(gòu)象折疊等問題。怎樣由一定的氨基酸順序排列的多肽鏈生成一定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，這是一個人類破譯生命奧秘的重大問題。蛋白質(zhì)的折疊問題就是通過蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)來預(yù)測蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)折疊熱力學(xué)假說中明確指出蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)可以完全決定其空間構(gòu)型，天然結(jié)構(gòu)下的蛋白質(zhì)的自由能是全局最小值。因而如何從一級結(jié)構(gòu)預(yù)測其三維構(gòu)型以及如何找到蛋白質(zhì)折疊能量函數(shù)的最小值就成為目前國內(nèi)外的研究

2、熱點。蛋白質(zhì)折疊過程是熱力學(xué)過程和動力學(xué)過程的綜合，其折疊的隨機性、過程的復(fù)雜性可想而知。因而要對折疊過程進行研究，尋找能量函數(shù)的極小值必須借助簡化模型和特殊方法進行。本文首先探討了如何求解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的能量問題。理想的能量函數(shù)應(yīng)該能夠精確表達蛋白質(zhì)的所有原子空間位置及其能量之間的關(guān)系。但是由于蛋白質(zhì)分子本身的復(fù)雜性，直接綜合其生物、物理、化學(xué)等各方面性質(zhì)建立的模型自由度非常大，求解問題將會遇到很多困難。因此，求解時必須對能量函數(shù)進行適當

3、的簡化?；谶@種目的，本文將已有能量函數(shù)與HP格子模型相結(jié)合，構(gòu)建了一種簡化的能量函數(shù)。 在搜索最小自由能的蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)這個問題上，本文采用的蛋白質(zhì)三維組態(tài)模型是HP立方格點模型，詳細論述了HP立方格點模型的組成方式、表示方法、特征以及如何用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來對其進行描述；在這個模型的基礎(chǔ)之上，首先隨機生成N個三維空間結(jié)構(gòu)，然后利用混合遺傳算法，在巨大的蛋白質(zhì)三維組態(tài)空間中進行搜索，模擬蛋白質(zhì)的折疊過程并找到自由能最小的蛋白質(zhì)空間