基于改进的禁忌算法的蛋白质三维结构预测

蛋白质的空间结构和功能关系密切,其折叠结构的形状在很大程度上决定了其可能具有的生物功能,掌握蛋白质的结构信息对于研究蛋白质的功能和作用具有重要的意义。根据蛋白质天然构象对应能量最低的热力学假说,国内外许多研究者展开了通过计算方法从氨基酸序列预测蛋白质的天然结构的研究,研究重点主要有两个:一是设计能够区分天然结构和非天然结构的能量函数,二是设计全局优化算法找到势能函数的全局极小点。 基于著名的简化模型——AB非格点模型,本文分析了禁忌算法的特点,提出了一些改进策略:如用启发式的方法产生初始解,采用合适的编码形式,用扰动的思想对当前解进行变异产生邻域解,禁忌准则的设定等,并在Eclipse下用Java语言实现了改进的禁忌算法,并对国内外研究者广泛使用的4条斐波纳契序列(13≤N≤55)和PDB数据库中获取的3条真实蛋白质序列进行了蛋白质三维结构的模拟预测,实验结果表明,搜索到的最优能量值和国内外已有算法搜到的能量值相比,本文的能量值更优,算法有较好的精度和收敛性,同时模拟的三维最低能量构形中形成了一个疏水核,被亲水残基包围,能较好的反应真实蛋白质的特性。