基于圓周統(tǒng)計(jì)的蛋白質(zhì)折疊的表征方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及生物信息學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于圓周統(tǒng)計(jì)的蛋白質(zhì)折疊的表征方法及系統(tǒng)。本發(fā)明的方法基于圓周統(tǒng)計(jì)對蛋白質(zhì)折疊進(jìn)行表征，高效、準(zhǔn)確，即可以更快研究蛋白質(zhì)的折疊，也可以更準(zhǔn)確描述蛋白質(zhì)動態(tài)變化，從而研究相關(guān)神經(jīng)退行性疾病的機(jī)理。
【專利說明】基于圓周統(tǒng)計(jì)的蛋白質(zhì)折疊的表征方法及系統(tǒng)
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本發(fā)明涉及生物信息學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于圓周統(tǒng)計(jì)的蛋白質(zhì)折疊的表征方法及系統(tǒng)。
【【背景技術(shù)】】
[0002]神經(jīng)退行性疾病給人類造成了巨大的社會和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。比較常見的神經(jīng)退行性疾病有老年癡呆、帕金森氏病、小腦萎縮癥、多聚谷氨酰胺疾病等。美國500多萬老年癡呆癥患者每年的花費(fèi)是1830億美元；而中國的老年癡呆癥患者也在500-600萬之間。研究發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)折疊的研究對探索神經(jīng)退行性疾病的致病機(jī)理意義重大；而且因有助于蛋白質(zhì)分子藥物的設(shè)計(jì)，蛋白質(zhì)折疊研究對“折疊病”的預(yù)防和治療也將起到重大的幫助作用。
[0003]傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)折疊的研究是基于笛卡爾坐標(biāo)系；用該坐標(biāo)系表示蛋白需要更多的變量；用角度坐標(biāo)系來表示和研究蛋白質(zhì)折疊也比較常用，但是由于角度周期性的特點(diǎn)，該方法的研究受到一些局限，效率和準(zhǔn)確率均較低。因此，提出一種新的方法研究蛋白質(zhì)折疊，提供效率及準(zhǔn)確性，即可以更快研究蛋白質(zhì)的折疊，也可以更準(zhǔn)確描述蛋白質(zhì)動態(tài)變化，從而研究相關(guān)神經(jīng)退行性疾病的機(jī)理，成為亟待解決的問題。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種基于圓周統(tǒng)計(jì)的蛋白質(zhì)折疊的表征方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中蛋白質(zhì)折疊研究效率和準(zhǔn)確率較低的技術(shù)問題。
[0005]本發(fā)明的目的可通過以下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn):
[0006]一種基于圓周統(tǒng)計(jì)的蛋白質(zhì)折疊的表征方法，包括如下步驟:
[0007]步驟1:建立第一圓周統(tǒng)`計(jì)模型，用角度方差V(a)=l_R(a)表征熱動力學(xué)漲落；建
立第二圓周統(tǒng)計(jì)模型，用角度協(xié)方差=《(S廠⑷).(+? 一〈〃,〉)>:表征熱動力學(xué)漲落；
[0008]步驟2:用第一圓周統(tǒng)計(jì)模型或第二圓周統(tǒng)計(jì)模型對待研究蛋白質(zhì)序列構(gòu)型中兩側(cè)鏈之間的氫鍵、兩主鏈之間的氫鍵及兩側(cè)鏈之間的二硫鍵進(jìn)行熱動力學(xué)漲落分析；
[0009]步驟3:將待研究蛋白的能量力場分割為側(cè)鏈與主鏈的相互作用能量Es_b、不同側(cè)鏈之間的相互作用能量Es_s、不同主鏈之間的相互作用能量Eb_b;分析主鏈上第m個(gè)氨基酸殘基和第η個(gè)氨基酸殘基之間的側(cè)鏈相互作用能量的漲落，當(dāng)漲落值大于預(yù)設(shè)鏈相互作用能量熱漲落閾值時(shí)，對第m個(gè)氨基酸殘基和第η個(gè)氨基酸殘基進(jìn)行標(biāo)記；
[0010]步驟4:分別用第一圓周統(tǒng)計(jì)模型和第二圓周統(tǒng)計(jì)模型分析不同側(cè)鏈之間的二面角相互作用熱漲落；當(dāng)漲落值大于預(yù)設(shè)二面角相互作用熱漲落閾值時(shí)，采用第一圓周統(tǒng)計(jì)模型表征；當(dāng)漲落值小于預(yù)設(shè)二面角相互作用熱漲落閾值時(shí)，采用第二圓周統(tǒng)計(jì)模型表征。
[0011]優(yōu)選地，在步驟I之前還包括如下步驟:
[0012]導(dǎo)入一條待研究蛋白質(zhì)序列的構(gòu)型，給出氨基酸殘基個(gè)數(shù)，識別主鏈及側(cè)鏈，并分別對主鏈和側(cè)鏈進(jìn)行編號，分別設(shè)定氫鍵熱漲落、鏈相互作用能量熱漲落及二面角相互作用熱漲落的閾值。
[0013]優(yōu)選地，所述方法還包括如下步驟:
[0014]將待研究蛋白質(zhì)的側(cè)鏈分類親水側(cè)鏈和疏水側(cè)鏈，并分別對親水側(cè)鏈和疏水側(cè)鏈進(jìn)行標(biāo)記，分別用第一圓周統(tǒng)計(jì)模型和第二圓周統(tǒng)計(jì)模型分析不同親水側(cè)鏈之間的二面角相互作用熱漲落、親水側(cè)鏈與疏水側(cè)鏈之間的二面角相互作用熱漲落、不同疏水側(cè)鏈之間的二面角相互作用熱漲落；當(dāng)漲落值大于預(yù)設(shè)二面角相互作用熱漲落閾值時(shí)，采用第一圓周統(tǒng)計(jì)模型表征；當(dāng)漲落值小于預(yù)設(shè)二面角相互作用熱漲落閾值時(shí)，采用第二圓周統(tǒng)計(jì)模型表征。
[0015]優(yōu)選地，所述方法還包括:用第一圓周統(tǒng)計(jì)模型或第二圓周統(tǒng)計(jì)模型對待研究蛋白質(zhì)序列構(gòu)型中不同親水側(cè)鏈之間的二面角相互作用、親水側(cè)鏈與疏水側(cè)鏈之間的二面角相互作用、不同疏水側(cè)鏈之間的二面角相互作用進(jìn)行熱動力學(xué)漲落分析。
[0016]優(yōu)選地，所述步驟3還包括:
[0017]對待研究蛋白質(zhì)序列上每個(gè)氨基酸殘基進(jìn)行編號，分析不同氨基酸殘基之間的不同側(cè)鏈、不同主鏈或側(cè)鏈和主鏈之間的相互作用能量漲落。
[0018]本發(fā)明還提供了一種基于圓周統(tǒng)計(jì)的蛋白質(zhì)折疊的表征系統(tǒng)，包括:
[0019]模型建立模塊，用于建立第一圓周統(tǒng)計(jì)模型和第二圓周統(tǒng)計(jì)模型，所述第一圓周統(tǒng)計(jì)模型用角度方差V(a)=l_R(a)表征熱動力學(xué)漲落；所述第二圓周統(tǒng)計(jì)模型用角度協(xié)方差= {{If - (Sd).(Sj -兩> ft表征熱動力學(xué)漲落；
[0020]化學(xué)鍵熱漲落分析模塊，用于用第一圓周統(tǒng)計(jì)模型或第二圓周統(tǒng)計(jì)模型對待研究蛋白質(zhì)序列構(gòu)型中兩側(cè)鏈之間的氫鍵、兩主鏈之間的氫鍵及兩側(cè)鏈之間的二硫鍵進(jìn)行熱動力學(xué)漲落分析；
[0021]能量熱漲落分析模塊，用于將待研究蛋白的能量力場分割為側(cè)鏈與主鏈的相互作用能量Es_b、不同側(cè)鏈之間的相互作用能量Es_s、不同主鏈之間的相互作用能量Eb_b ；以及
[0022]分析主鏈上第m個(gè)氨基酸殘基和第η個(gè)氨基酸殘基之間的側(cè)鏈相互作用能量 啲漲落，當(dāng)漲落值大于預(yù)設(shè)鏈相互作用能量熱漲落閾值時(shí)，對第m個(gè)氨基酸殘基和第
η個(gè)氨基酸殘基進(jìn)行標(biāo)記；
[0023]二面角相互作用熱漲落分析模塊，用于分別用第一圓周統(tǒng)計(jì)模型和第二圓周統(tǒng)計(jì)模型分析不同側(cè)鏈之間的二面角相互作用熱漲落；當(dāng)漲落值大于預(yù)設(shè)二面角相互作用熱漲落閾值時(shí)，采用第一圓周統(tǒng)計(jì)模型表征；以及
[0024]當(dāng)漲落值小于預(yù)設(shè)二面角相互作用熱漲落閾值時(shí)，采用第二圓周統(tǒng)計(jì)模型表征。
[0025]優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括:
[0026]預(yù)處理模塊，用于導(dǎo)入一條待研究蛋白質(zhì)序列的構(gòu)型，給出氨基酸殘基個(gè)數(shù)，識別主鏈及側(cè)鏈，并分別對主鏈和側(cè)鏈進(jìn)行編號，分別設(shè)定氫鍵或二硫鍵熱漲落、鏈相互作用能量熱漲落及二面角相互作用熱漲落的閾值。
[0027]優(yōu)選地，所述二面角相互作用熱漲落分析模塊還用第一圓周統(tǒng)計(jì)模型或第二圓周統(tǒng)計(jì)模型對待研究蛋白質(zhì)序列構(gòu)型中不同親水側(cè)鏈之間的二面角相互作用、親水側(cè)鏈與疏水側(cè)鏈之間的二面角相互作用、不同疏水側(cè)鏈之間的二面角相互作用進(jìn)行熱動力學(xué)漲落分析。[0028]本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明的方法基于圓周統(tǒng)計(jì)對蛋白質(zhì)折疊進(jìn)行表征，高效、準(zhǔn)確，即可以更快研究蛋白質(zhì)的折疊，也可以更準(zhǔn)確描述蛋白質(zhì)動態(tài)變化，從而研究相關(guān)神經(jīng)退行性疾病的機(jī)理。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0029]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的基于圓周統(tǒng)計(jì)的蛋白質(zhì)折疊的表征方法的流程圖；
[0030]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的基于圓周統(tǒng)計(jì)的蛋白質(zhì)折疊的表征系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0031]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0032]本發(fā)明利用圓周統(tǒng)計(jì)對蛋白質(zhì)折疊進(jìn)行表征，高效、準(zhǔn)確，即可以更快研究蛋白質(zhì)的折疊，也可以更準(zhǔn)確描述蛋白質(zhì)動態(tài)變化，從而研究相關(guān)神經(jīng)退行性疾病的機(jī)理。
[0033]本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種基于圓周統(tǒng)計(jì)的蛋白質(zhì)折疊的表征方法，如圖1所示，包括如下步驟:
[0034]步驟SlOl，預(yù)處理步驟:
[0035]導(dǎo)入一條待研究蛋白質(zhì)序列的構(gòu)型，給出氨基酸殘基個(gè)數(shù)，識別主鏈及側(cè)鏈，并分別對主鏈和側(cè)鏈進(jìn)行編號，分別設(shè)定氫鍵熱漲落、鏈相互作用能量熱漲落及二面角相互作用熱漲落的閾值；
[0036]步驟S102，建立兩種圓周統(tǒng)計(jì)模型:
[0037]建立第一圓周統(tǒng)計(jì)模型，用角度方差V(a)=l_R(a)表征熱動力學(xué)漲落；建立第二圓周統(tǒng)計(jì)模型，用角度協(xié)方差(6(--) = <(?,.——鉤>))表征熱動力學(xué)漲落；
[0038]相比于線性統(tǒng)計(jì)學(xué)，圓周統(tǒng)計(jì)學(xué)更適用于解決蛋白質(zhì)折疊表征的技術(shù)問題。但是圓周統(tǒng)計(jì)方差和協(xié)方差的數(shù)學(xué)模型在蛋白質(zhì)折疊研究中還存在不一致性，具體分析如下:
圓周統(tǒng)計(jì)中角度α可以用二維向量表示為S=角度方差可以用來研究蛋白質(zhì)
折疊過程中物理量的熱動力學(xué)漲落，其公式為:
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種基于圓周統(tǒng)計(jì)的蛋白質(zhì)折疊的表征方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1:建立第一圓周統(tǒng)計(jì)模型，用角度方差V(a)=l-R(a)表征熱動力學(xué)漲落；建立第二圓周統(tǒng)計(jì)模型,用角度協(xié)方差(Ij) = φη - (Hi)Uffj - <々>)〉:表征熱動力學(xué)漲落； 步驟2:用第一圓周統(tǒng)計(jì)模型或第二圓周統(tǒng)計(jì)模型對待研究蛋白質(zhì)序列構(gòu)型中兩側(cè)鏈之間的氫鍵、兩主鏈之間的氫鍵及兩側(cè)鏈之間的二硫鍵進(jìn)行熱動力學(xué)漲落分析； 步驟3:將待研究蛋白的能量力場分割為側(cè)鏈與主鏈的相互作用能量Es_b、不同側(cè)鏈之間的相互作用能量Es_s、不同主鏈之間的相互作用能量Eb_b;分析主鏈上第m個(gè)氨基酸殘基和第η個(gè)氨基酸殘基之間的側(cè)鏈相互作用能量啲漲落，當(dāng)漲落值大于預(yù)設(shè)鏈相互作用能量熱漲落閾值時(shí)，對第m個(gè)氨基酸殘基和第η個(gè)氨基酸殘基進(jìn)行標(biāo)記； 步驟4:分別用第一圓周統(tǒng)計(jì)模型和第二圓周統(tǒng)計(jì)模型分析不同側(cè)鏈之間的二面角相互作用熱漲落；當(dāng)漲落值大于預(yù)設(shè)二面角相互作用熱漲落閾值時(shí)，采用第一圓周統(tǒng)計(jì)模型表征；當(dāng)漲落值小于預(yù)設(shè)二面角相互作用熱漲落閾值時(shí)，采用第二圓周統(tǒng)計(jì)模型表征。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圓周統(tǒng)計(jì)的蛋白質(zhì)折疊的表征方法，其特征在于，在步驟I之前還包括如下步驟: 導(dǎo)入一條待研究蛋白質(zhì)序列的構(gòu)型，給出氨基酸殘基個(gè)數(shù)，識別主鏈及側(cè)鏈，并分別對主鏈和側(cè)鏈進(jìn)行編號， 分別設(shè)定氫鍵或二硫鍵熱漲落、鏈相互作用能量熱漲落及二面角相互作用熱漲落的閾值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圓周統(tǒng)計(jì)的蛋白質(zhì)折疊的表征方法，其特征在于，還包括如下步驟: 將待研究蛋白質(zhì)的側(cè)鏈分類親水側(cè)鏈和疏水側(cè)鏈，并分別對親水側(cè)鏈和疏水側(cè)鏈進(jìn)行標(biāo)記，分別用第一圓周統(tǒng)計(jì)模型和第二圓周統(tǒng)計(jì)模型分析不同親水側(cè)鏈之間的二面角相互作用熱漲落、親水側(cè)鏈與疏水側(cè)鏈之間的二面角相互作用熱漲落、不同疏水側(cè)鏈之間的二面角相互作用熱漲落；當(dāng)漲落值大于預(yù)設(shè)二面角相互作用熱漲落閾值時(shí)，采用第一圓周統(tǒng)計(jì)模型表征；當(dāng)漲落值小于預(yù)設(shè)二面角相互作用熱漲落閾值時(shí)，采用第二圓周統(tǒng)計(jì)模型表征。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于圓周統(tǒng)計(jì)的蛋白質(zhì)折疊的表征方法，其特征在于，還包括:用第一圓周統(tǒng)計(jì)模型或第二圓周統(tǒng)計(jì)模型對待研究蛋白質(zhì)序列構(gòu)型中不同親水側(cè)鏈之間的二面角相互作用、親水側(cè)鏈與疏水側(cè)鏈之間的二面角相互作用、不同疏水側(cè)鏈之間的二面角相互作用進(jìn)行熱動力學(xué)漲落分析。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于圓周統(tǒng)計(jì)的蛋白質(zhì)折疊的表征方法，其特征在于，所述步驟3還包括: 對待研究蛋白質(zhì)序列上每個(gè)氨基酸殘基進(jìn)行編號，分析不同氨基酸殘基之間的不同側(cè)鏈、不同主鏈或側(cè)鏈和主鏈之間的相互作用能量漲落。
6.一種基于圓周統(tǒng)計(jì)的蛋白質(zhì)折疊的表征系統(tǒng)，其特征在于，包括: 模型建立模塊，用于建立第一圓周統(tǒng)計(jì)模型和第二圓周統(tǒng)計(jì)模型，所述第一圓周統(tǒng)計(jì)模型用角度方差V(a)=l_R(a)表征熱動力學(xué)漲落；所述第二圓周統(tǒng)計(jì)模型用角度協(xié)方差 %.) = {{a； —— (?瓜表征熱動力學(xué)漲落； 化學(xué)鍵熱漲落分析模塊，用于用第一圓周統(tǒng)計(jì)模型或第二圓周統(tǒng)計(jì)模型對待研究蛋白質(zhì)序列構(gòu)型中兩側(cè)鏈之間的氫鍵、兩主鏈之間的氫鍵及兩側(cè)鏈之間的二硫鍵進(jìn)行熱動力學(xué)漲落分析； 能量熱漲落分析模塊，用于將待研究蛋白的能量力場分割為側(cè)鏈與主鏈的相互作用能量Es_b、不同側(cè)鏈之間的相互作用能量Es_s、不同主鏈之間的相互作用能量Eb_b ；以及 分析主鏈上第m個(gè)氨基酸殘基和第η個(gè)氨基酸殘基之間的側(cè)鏈相互作用能量的漲落，當(dāng)漲落值大于預(yù)設(shè)鏈相互作用能量熱漲落閾值時(shí)，對第m個(gè)氨基酸殘基和第η個(gè)氨基酸殘基進(jìn)行標(biāo)記； 二面角相互作用熱漲落分析模塊，用于分別用第一圓周統(tǒng)計(jì)模型和第二圓周統(tǒng)計(jì)模型分析不同側(cè)鏈之間的二面角相互作用熱漲落；當(dāng)漲落值大于預(yù)設(shè)二面角相互作用熱漲落閾值時(shí)，采用第一圓周統(tǒng)計(jì)模型表征；以及 當(dāng)漲落值小于預(yù)設(shè)二面角相互作用熱漲落閾值時(shí)，采用第二圓周統(tǒng)計(jì)模型表征。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于圓周統(tǒng)計(jì)的蛋白質(zhì)折疊的表征系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 預(yù)處理模塊，用于導(dǎo)入一條待研究蛋白質(zhì)序列的構(gòu)型，給出氨基酸殘基個(gè)數(shù)，識別主鏈及側(cè)鏈，并分別對主鏈和側(cè)鏈進(jìn)行編號，分別設(shè)定氫鍵或二硫鍵熱漲落、鏈相互作用能量熱漲落及二面角相互作用熱漲落的閾值。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于圓周統(tǒng)計(jì)的蛋白質(zhì)折疊的表征系統(tǒng)，其特征在于，所述二面角相互作用熱漲落分析模塊還用第一圓周統(tǒng)計(jì)模型或第二圓周統(tǒng)計(jì)模型對待研究蛋白質(zhì)序列構(gòu)型中不同親水側(cè)鏈之間的二面角相互作用、親水側(cè)鏈與疏水側(cè)鏈之間的二面角相互作用、不同疏水側(cè)鏈之間的二面角相互作用進(jìn)行熱動力學(xué)漲落分析。
【文檔編號】G06F19/16GK103714264SQ201310683271
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】魏彥杰, 張慧玲, 彭豐斌, 孟金濤, 馮圣中 申請人:深圳先進(jìn)技術(shù)研究院