[发明专利]一种基于三维原子密度图优化分子结构的处理方法和装置

说明书

本发明实施例涉及一种基于三维原子密度图优化分子结构的处理方法和装置，所述方法包括：获取第一3D原子密度图和对应的第一蛋白质序列、第一3D初始结构；基于预设的3D图像识别模型对第一3D原子密度图进行目标识别处理生成对应的第一Cα原子密度图和第一主干原子密度图；根据第一Cα原子密度图和第一蛋白质序列进行残基标注片段识别处理生成多个第一标注片段；根据所有第一标注片段和第一主干原子密度图对第一3D初始结构进行三维分子结构优化处理生成对应的第一优化结构。过本发明，以先验的三维初始结构为优化对象、以来自于三维密度图的Cα原子密度图和主干原子密度图为目标进行全局、局部优化，可以提高三维结构的优化效率。

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，特别涉及一种基于三维原子密度图优化分子结构的处理方法和装置。

背景技术

单颗粒冷冻电镜技术可基于冷冻电子显微镜拍摄的分子三维密度图来解析并优化对应的分子三维结构，在优化三维结构时常用分子动力学模拟来实现。然而由于密度图本身没有标注，相邻区域的密度图可能难以分辨，优化时容易出现残基错配的问题。

发明内容

本发明的目的，就是针对现有技术的缺陷，提供一种基于三维原子密度图优化分子结构的处理方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质；使用的3D图像识别模型对分子三维密度图进行语义识别得到两个特征图：用于标识所有Cα原子特征的Cα原子密度图和用于标识蛋白质主干原子(C、Cα、N)特征的主干原子密度图；并由Cα原子密度图和已知的蛋白质序列从Cα原子密度图上截取多个残基标注片段；并以多个残基标注片段为目标基于分子动力学模拟技术对一个先验的三维初始结构进行局部结构优化，并以主干原子密度图为目标基于分子模拟技术对该三维初始结构进行全局结构优化。通过本发明，以先验的三维初始结构为优化对象、以来自于三维密度图的Cα原子密度图和主干原子密度图为目标进行全局、局部优化，既可以规避因密度图本身没有标注导致出现的残基错配问题，又可以提高三维结构的优化准确度，还可以提高三维结构的优化效率。

为实现上述目的，本发明实施例第一方面提供了一种基于三维原子密度图优化分子结构的处理方法，所述方法包括：

获取第一3D原子密度图和对应的第一蛋白质序列、第一3D初始结构；

基于预设的3D图像识别模型对所述第一3D原子密度图进行目标识别处理生成对应的第一Cα原子密度图和第一主干原子密度图；

根据所述第一Cα原子密度图和所述第一蛋白质序列进行残基标注片段识别处理生成多个第一标注片段；

根据所有所述第一标注片段和所述第一主干原子密度图对所述第一3D初始结构进行三维分子结构优化处理生成对应的第一优化结构。

优选的，所述第一3D原子密度图为电镜三维原子密度图；所述第一3D原子密度图的形状为H₀×W₀×D₀，H₀、W₀和D₀分别为所述第一3D原子密度图的高度、宽度和通道数量；

所述第一蛋白质序列为与所述第一3D原子密度图对应的蛋白质分子的残基类型序列；

所述第一3D初始结构为与所述第一蛋白质序列对应的三维蛋白质分子标准结构；

所述第一Cα原子密度图包括多个第一Cα原子；所述第一Cα原子包括第一Cα原子坐标、一个或多个第一肽键方向和多个第一残基类型概率；各个所述第一Cα原子的所述第一残基类型概率的数量相同；

所述第一主干原子密度图包括多个第一主干原子密度区域，所述主干原子包括C原子、Cα原子和N原子；

所述第一标注片段包括第一片段特征数据；所述第一片段特征数据包括第一片段序号、第一片段类型序列和第一片段起始坐标。

优选的，所述3D图像识别模型基于3D Unet模型实现。