一种聚糖结合蛋白的预测方法、装置、系统及存储介质与流程

本发明涉及基于聚糖结合蛋白预测，更具体地说，涉及一种聚糖结合蛋白的预测方法、装置、系统及存储介质。

背景技术：

1、聚糖-蛋白相互作用在生物学领域占据着至关重要的地位，它们参与了包括蛋白质运输、细胞间通信以及多种免疫过程等多个关键的生物活动。这种相互作用的研究对于理解生物分子在细胞内外的功能和作用机制有着重大意义，因而探索新的聚糖结合蛋白一直是科研领域的一个热点。

2、目前，聚糖结合蛋白的研究主要依赖于传统的生物实验方法，如x光衍射晶体学方法、亲和色谱、等温滴定量热法和聚糖阵列等。这些方法在提供详细的结构和功能信息方面无疑是有效的，但它们普遍存在一个共同的局限性：通常只能针对单一或少数几个蛋白进行研究，难以实现对大量未知聚糖结合蛋白的高通量筛选。

3、在聚糖结合蛋白的预测方面，聚糖结合蛋白的预测和聚糖结合位点的预测一直被认为是两个不同的问题，并且目前的方法大多数是基于已知聚糖结合蛋白的氨基酸序列、已知结合位点的序列信息或结构特征。利用氨基酸序列的预测方法虽然能够识别出具有相似序列的聚糖结合蛋白，但对于那些具有全新序列的聚糖结合蛋白却无能为力。而基于结构特点的预测方法虽然理论上更为全面，但由于聚糖结合区域的结构多样性，这种方法在实际应用中的有效性受到了限制。

4、目前预测聚糖结合蛋白有两种方法，分别为利用氨基酸序列进行预测方法和利用结构特点进行预测方法。具体如下：

5、(1)利用氨基酸序列进行预测是指利用已知聚糖结合蛋白的序列信息，看是否有类似的蛋白。这种方法无法预测具有全新序列的聚糖结合蛋白。

6、(2)利用结构特点进行预测是指利用聚糖-蛋白结合区域的结构信息进行预测，但是由于聚糖的结构具有高度的特异性，因此聚糖结合区域的结构同样具有多样性。

7、综上所述，现有的聚糖结合蛋白研究方法在高通量筛选、新聚糖结合蛋白的预测以及结构多样性的应对等方面存在明显的不足。这些限制不仅影响了聚糖结合蛋白的深入研究，也制约了相关领域如药物开发、疾病诊断等的进展。因此，开发新的方法以克服这些缺陷，提高聚糖结合蛋白研究的效率和准确性，是当前该领域面临的一个迫切需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，针对于上述技术问题，本发明提供一种聚糖结合蛋白的预测方法，包括：

2、获取目标蛋白的空间结构文件，并根据所述空间结构文件中的蛋白氨基酸结构，筛选出蛋白氨基酸中的芳香环氨基酸；所述芳香环氨基酸包括色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸；

3、计算所述芳香环氨基酸的芳香环上的来自于蛋白本身的非h原子数；

4、基于所述非h原子数以及所述芳香环氨基酸之间的距离，判断所述蛋白氨基酸结构中是否存在具有裸露特性且同时具有成簇特性的芳香环氨基酸；

5、若是，则判定所述芳香环氨基酸所对应的蛋白氨基酸为聚糖结合蛋白。

6、优选地，所述基于所述非h原子数以及所述芳香环氨基酸之间的距离，判断所述蛋白氨基酸结构中是否存在具有裸露特性且同时具有成簇特性的芳香环氨基酸，包括：

7、以所述来自于蛋白本身的非h原子数为0个原子，作为所述芳香环的裸露特性标志；并判断所述蛋白氨基酸中是否存在具有所述裸露特性标志的芳香环氨基酸；

8、若是，则判定所述芳香环氨基酸具有裸露特性，并筛选出所述蛋白氨基酸中具有所述裸露特性标志的所有所述芳香环氨基酸，作为裸露氨基酸；

9、筛选出所述裸露氨基酸中的色氨酸，作为裸露色氨酸；

10、根据所述蛋白氨基酸的结构中其他所述裸露氨基酸与所述裸露色氨酸的距离，确定所述蛋白氨基酸的成簇特性。

11、优选地，所述计算所述芳香环氨基酸的芳香环上的来自于蛋白本身的非h原子数，包括：

12、确认决定所述芳香环平面的三点坐标、所述芳香环的中心位置点和穿过所述芳香环的中心位置点的法线；

13、计算空间内所有来源于蛋白本身的原子到芳香环的空间距离；其中，所述空间距离包括空间高度和空间半径；

14、根据以所述空间高度和所述空间半径构建所述芳香环上方的圆柱体空间，计算所述圆柱体空间内的来自于蛋白本身的非h原子数。

15、优选地，所述芳香环平面的三点坐标分别为：

16、在组氨酸中，为cg原子、ce1原子和cd2原子；

17、在色氨酸中，为ce2原子、ce3原子和ch2原子；

18、在酪氨酸中，为cg原子、ce1原子和ce2原子；

19、在苯丙氨酸中，为cg原子、ce1原子和ce2原子。

20、优选地，所述芳香环的中心位置点的确定方法包括：

21、以所述芳香环的中心位置点定义为o(xo,yo,zo)，则有：

22、

23、

24、

25、其中，i代表所述芳香环上的原子编号；(xi,yi,zi)是所述芳香环上的第i个原子的空间坐标；n代表所述芳香环上的所有原子的数量。

26、优选地，穿过所述芳香环的中心位置点的法线，通过如下方法定义：

27、

28、其中，x、y和z分别代表空间中的任意点的x轴、y轴和z轴上的坐标；xo,yo,zo是所述芳香环的所述中心位置点o的坐标；a、b、c代表法线上的方向向量的分量。

29、优选地，所述空间内所有来源于蛋白本身的原子到芳香环的空间距离的计算方法包括：

30、所述空间距离中的空间高度h，计算空间中x(x,y,z)原子到所述芳香环(plane:ax+by+cz+d＝0with a center xo,yo,zo)的距离h，计算公式为：

31、

32、其中，a、b、c、d是定义所属芳香环平面的参数，所述芳香环平面方程是ax+by+cz+d＝0；x、y、z是空间中原子x的坐标；h代表空间中原子x到所述芳香环平面的最短距离，即所述空间距离；

33、所述空间半径r的计算公式为：

34、

35、其中，xp代表原子x到芳香环中心位置点o的向量；l代表穿过所述芳香环中心位置点o的法线方向向量；r代表原子x到法线的距离，即所述空间半径。

36、优选地，所述圆柱体空间内的来自于蛋白本身的非h原子数，计算方法为：

37、基于所述空间高度h和所述空间半径r的所述芳香环上方的圆柱体空间内，计算自于蛋白本身的非h原子数n，计算公式为：

38、

39、

40、n＝min(n1,n2)；

41、其中，n代表所述圆柱体空间内的非h原子总数，取n1和n2中的较小值；n1和n2代表上下两个不同方向的圆柱体空间内的非h原子数量；n为所述蛋白氨基酸中的所有原子的数量；ci代表条件变量，对每个原子i进行计算；如果原子i位于所述圆柱体空间内，则ci为1，否则ci为0；r代表所述空间半径；h代表空间中原子x到所述芳香环平面的最短距离，即所述空间距离；h代表所述圆柱体空间的高度。

42、优选地，所述根据所述蛋白氨基酸的结构中其他所述裸露氨基酸与所述裸露色氨酸的距离，确定所述蛋白氨基酸的成簇特性，包括：

43、计算所筛选出的所述裸露氨基酸中的色氨酸，到其他所有的所述裸露氨基酸的距离，作为连接距离；

44、判断所述连接距离是否在预设评价距离内；

45、若是，则判定所述裸露色氨酸所对应的所述芳香环氨基酸具有成簇特性；

46、若否，则判定所述色氨酸所对应的所述芳香环氨基酸不具有成簇特性。

47、优选地，所述预设评价距离为

48、此外，为解决上述问题，本发明还提供一种聚糖结合蛋白的预测装置，包括：

49、筛选模块，用于获取目标蛋白的空间结构文件，并根据所述空间结构文件中的蛋白氨基酸结构，筛选出蛋白氨基酸中的芳香环氨基酸；

50、计算模块，用于计算所述芳香环氨基酸的芳香环上的来自于蛋白本身的非h原子数；

51、判断模块，用于基于所述非h原子数以及所述芳香环氨基酸之间的距离，判断所述蛋白氨基酸结构中是否存在具有裸露特性且同时具有成簇特性的芳香环氨基酸；

52、所述判断模块，还用于在所述蛋白氨基酸结构中存在具有裸露特性且同时具有成簇特性的芳香环氨基酸时，判定所述芳香环氨基酸所对应的蛋白氨基酸为聚糖结合蛋白。

53、此外，为解决上述问题，本发明还提供一种聚糖结合蛋白的预测系统，包括存储器以及处理器，所述存储器中存储有聚糖结合蛋白的预测程序，所述处理器运行所述聚糖结合蛋白的预测程序以使所述聚糖结合蛋白的预测系统执行如上述所述的聚糖结合蛋白的预测方法。

54、此外，为解决上述问题，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有聚糖结合蛋白的预测程序，所述聚糖结合蛋白的预测程序被处理器执行时实现如上述所述的聚糖结合蛋白的预测方法。

55、本发明提供一种聚糖结合蛋白的预测方法，包括：获取目标蛋白的空间结构文件，并根据所述空间结构文件中的蛋白氨基酸结构，筛选出蛋白氨基酸中的芳香环氨基酸；计算所述芳香环氨基酸的芳香环上的来自于蛋白本身的非h原子数；基于所述非h原子数以及所述芳香环氨基酸之间的距离，判断所述蛋白氨基酸结构中是否存在具有裸露特性且同时具有成簇特性的芳香环氨基酸；若是，则判定所述芳香环氨基酸所对应的蛋白氨基酸为聚糖结合蛋白。本发明针对常规技术中从空间结构角度预测聚糖结合蛋白存在的问题和不足，提供了聚糖结合蛋白的预测方法，能够预测蛋白是否具有聚糖结合能力，以及参与聚糖结合的具体色氨酸芳香环氨基酸位点以及空间位置。该方法对于聚糖-蛋白结合机制的研究具有重要意义，并且对于依托聚糖-蛋白结合进行的生物活动，例如免疫反应，细胞信号交流的研究具有重要的意义。