本技术属于分子动力学模拟，涉及一种rna假结结构的热力学与动力学参数的获取方法及装置。
背景技术：
1、rna分子在细胞内实现多种生物学功能，从遗传信息的转移，作为dna转移到蛋白质的中间体，以及酶催化等一系列的作用。rna分子的三维结构在很大程度上是由碱基配对的核苷酸对之间的相互作用决定的。rna分子的二级结构是三维结构中特定碱基的集合。因此，二级结构可以用来作为预测较高结构水平的基础。rna的一级结构信息可以利用实验大量获得，但利用实验获得rna的三维结构，会使得花费成本大，难度高，并且不是所有的三维结构都能从实验测得。
2、随着计算机的不断发展，人们已经可以利用理论方法预测rna的结构。预测的准确度取决于折叠结构的假设与潜在的能量模型。在结构预测中，比较常见的一种是碱基最大配对方法，它是基于rna的结构保守性的基础上发展的一种算法，它主要是依赖于序列的比对效果。但这种方法的缺点主要是保守区域的序列比对。另一种是最小自由能方法，它是寻找一个处在能量稳定的状态下互补的结构，利用这种方法，现在开发出了很多的软件。随着不断的发展和研究，预测rna二级结构的方法也越来越多。
3、假结是一种典型的三级结构，假结在生物学功能中具有不同的作用，例如包括自我剪切内含子，形成各种核酶的催化核心、端粒酶、核糖开关和核糖体移码。假结的生物学功能与其直接相关折叠稳定性和构象变化。在rna假结中，稳定性和折叠热力学是主要取决于环区和茎区之间的相互作用。例如，假结在折叠过程中涉及几种中间体。研究rna假结结构如何折叠和形成，在折叠过程中可能会形成错误折叠的中间体，因此建立正确的模型对于预测rna假结的结构预测是非常重要的。但假结的生物学功能与其直接相关折叠稳定性和构象变化。在rna中假结，稳定性和折叠热力学是主要取决于环区和茎区之间的相互作用。与以前的研究对于经典的rna二级结构的热力学参数进行了测定和估计类似，有实验对于rna假结的一些模型结构的热力学参数进行了测定，表明了溶液中的离子浓度对于rna的假结的稳定性非常重要。并且对于假结中折叠过程中涉及到的构象转变可能包含有中间步，主要是形成发夹的过程中。所以研究假结结构的环区域对于结构稳定性的贡献非常困难，特别是包含至少两个环结构的假结。对于假结的问题，研究人员多年来开发了许多算法以试图做出准确的预测。但是由于rna假结的紧密结构使得假结中会形成原子与原子之间的非键相互作用，比如范德瓦尔斯作用，静电作用，以及体积排斥等。所以在利用二级结构中的热力学参数预测假结结构是不准确的。
技术实现思路
1、本技术提供了一种rna假结结构的热力学与动力学参数的获取方法及装置，解决现有技术中只能通过实验获得部分碱基互补配对的热力学参数，但loop区域的热力学参数未能获得，且在rna假结结构预测中，不同的算法计算loop区域的热力学参数精度不高的技术问题。
2、本技术采用以下技术方案：
3、本技术提供了一种rna假结结构的热力学与动力学参数的获取方法，包括：
4、确定分子结构，基于分子动力学模拟软件模拟分子结构在不同温度不同时刻下的运动轨迹，运动轨迹包括分子结构的不同时刻下的速度、位置。
5、基于运动轨迹获取分子结构中的loop区域/stem区域的特定碱基在打开-闭合态转换过程中的几何参数，几何参数包括碱基的rmsd、扭转角以及各特定碱基构成的二面角。
6、判断不同时刻下特定碱基的rmsd、扭转角以及各特定碱基构成的二面角所满足的二态条件范围，确定特定碱基的状态。
7、根据特定碱基的状态统计模拟的总时间下特定碱基在闭合态和打开态的平均寿命、次数以及几率。
8、根据特定碱基在闭合态和打开态的平均寿命、次数以及几率依此计算特定碱基的热力学参数和动力学参数，其中，热力学参数包括自由能差、自由能差和温度的线性关系；动力学参数包括闭合速率和打开速率。
9、可选地，确定分子结构，基于分子动力学模拟软件模拟分子结构在不同温度不同时刻下的运动轨迹，包括：从pdb库中下载分子结构，并导入分子动力学模拟系统。
10、设置分子动力学模拟系统的周期性边界条件、运动方程、场力、温度、压强、运行时间，运行分子动力学模拟系统，得到分子结构在不同温度不同时刻下的运动轨迹。
11、可选地，运行分子动力学模拟系统，得到分子结构在不同温度不同时刻下的运动轨迹包括：选择分子动力学模拟模式，设置温度、压强、模拟的总时间。
12、在给定特定碱基的初始位置、初始速度，采用速度verlet算法求解分子动力学模拟模式下的牛顿运动方程，得到分子结构在不同温度不同时刻下的运动轨迹。
13、可选地，基于运动轨迹获取分子结构中的loop区域/stem区域的特定碱基在打开-闭合态转换过程中的几何参数包括：统计不同时刻下分子结构中的loop区域/stem区域的各特定碱基的位置。
14、根据各个特定碱基的位置计算出各特定碱基的rmsd、扭转角以及各特定碱基构成的二面角。
15、可选地，判断不同时刻下特定碱基的rmsd、扭转角以及各特定碱基构成的二面角所满足的二态条件范围，确定特定碱基的状态包括：若任一时刻下构成碱基对的一个特定碱基的rmsd所在区域为～另一个特定碱基的rmsd所在区域为～两个特定碱基构成的二面角范围在～-80°到-140°，并且扭转角为～-50°到-100°之间时，确定两个特定碱基的状态为闭合态。
16、可选地，判断不同时刻下特定碱基的rmsd、扭转角以及各特定碱基构成的二面角所满足的二态条件范围，确定特定碱基的状态还包括：若任一时刻下构成碱基对的一个特定碱基的rmsd大于另一个特定碱基的rmsd大于两个特定碱基构成的二面角在-140°到100°之间，并且扭转角为～50°到100°之间时，确定两个特定碱基的状态为打开态。
17、可选地，根据特定碱基的状态统计模拟的总时间下特定碱基在闭合态和打开态的平均寿命、次数以及几率包括：分别统计每个模拟温度下在每个模拟的总时间内，各特定碱基出现闭合态或打开态的次数。
18、根据闭合态的次数和每次保持闭合态的时间计算出闭合态的平均寿命及几率或根据打开态的次数和每次保持打开态的时间计算出打开态的平均寿命及几率。
19、可选地，根据特定碱基在闭合态和打开态的平均寿命、次数以及几率依此计算特定碱基的热力学参数和动力学参数包括：根据特定碱基的闭合态和打开态之间转变的焓变量和熵变量，计算不同温度下由特定碱基构成的碱基对热力学参数自由能差。
20、根据特定碱基的闭合态和打开态的几率计算自由能差和温度的线性关系；
21、根据闭合态/打开态的平均寿命和次数，分别计算所特定碱基的动力学参数闭合速率/打开速率。
22、本技术还提供了一种rna假结结构的热力学与动力学参数的获取装置，包括：运动轨迹获取模块，用于确定分子结构，基于分子动力学模拟软件模拟分子结构在不同温度不同时刻下的运动轨迹，运动轨迹包括分子结构的不同时刻下的速度、位置。
23、几何参数计算模块，用于基于运动轨迹获取分子结构中的loop区域/stem区域的特定碱基在打开-闭合态转换过程中的几何参数，几何参数包括碱基的rmsd、扭转角以及各特定碱基构成的二面角。
24、状态确定模块，用于判断不同时刻下特定碱基的rmsd、扭转角以及各特定碱基构成的二面角所满足的二态条件范围，确定特定碱基的状态。
25、计算模块，用于根据特定碱基的状态统计模拟的总时间下特定碱基在闭合态和打开态的平均寿命、次数以及几率。
26、输出模块，用于根据特定碱基在闭合态和打开态的平均寿命、次数以及几率依此计算特定碱基的热力学参数和动力学参数，其中，热力学参数包括自由能差、自由能差和温度的线性关系；动力学参数包括闭合速率和打开速率。
27、本技术提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如上述方法实施例中任一项一种rna假结结构的热力学与动力学参数的获取方法。
28、本技术提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例中任一项一种rna假结结构的热力学与动力学参数的获取方法。
29、本技术的有益效果是：
30、本技术提出了一种rna假结结构的热力学与动力学参数的获取方法及装置。该方法通过分子动力学模拟，模拟分子在不同温度下的运动过程获得运动轨迹；根据运动轨迹中的速度和位置确定分子结构中loop区域/stem区域的特定碱基在打开-闭合态二态转换过程中的几何参数，基于所述几何参数分别计算出特定碱基在闭合态和打开态的平均寿命、次数以及几率多种数据，根据这些数据分别计算出特定碱基的热力学参数包括自由能差、自由能差和温度的线性关系；动力学参数包括闭合速率和打开速率，为根据特定碱基的动力学参数和热力学参数研究分子结构中loop区域/stem区域的碱基对受温度变化的影响规律打下了基础，并且在动力学参数和热力学参数计算过程中采用经验公式进行计算，使得数据获取更加准确，接近实际数据。
1.一种rna假结结构的热力学与动力学参数的获取方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种rna假结结构的热力学与动力学参数的获取方法，其特征在于，确定分子结构，基于分子动力学模拟软件模拟所述分子结构在不同温度不同时刻下的运动轨迹，包括：
3.如权利要求2所述的一种rna假结结构的热力学与动力学参数的获取方法，其特征在于，运行所述分子动力学模拟系统，得到分子结构在不同温度不同时刻下的运动轨迹包括：
4.如权利要求1所述的一种rna假结结构的热力学与动力学参数的获取方法，其特征在于，基于所述运动轨迹获取所述分子结构中的loop区域/stem区域的特定碱基在打开-闭合态转换过程中的几何参数包括：
5.如权利要求1所述的一种rna假结结构的热力学与动力学参数的获取方法，其特征在于，判断不同时刻下所述特定碱基的rmsd、扭转角以及各特定碱基构成的二面角所满足的二态条件范围，确定所述特定碱基的状态包括：
6.如权利要求1所述的一种rna假结结构的热力学与动力学参数的获取方法，其特征在于，判断不同时刻下所述特定碱基的rmsd、扭转角以及各特定碱基构成的二面角所满足的二态条件范围，确定所述特定碱基的状态还包括：
7.如权利要求1所述的一种rna假结结构的热力学与动力学参数的获取方法，其特征在于，根据所述特定碱基的状态统计模拟的总时间下所述特定碱基在闭合态和打开态的平均寿命、次数以及几率包括：
8.如权利要求1所述的一种rna假结结构的热力学与动力学参数的获取方法，其特征在于，根据所述特定碱基在闭合态和打开态的平均寿命、次数以及几率依此计算所述特定碱基的热力学参数和动力学参数包括：
9.一种rna假结结构的热力学与动力学参数的获取装置，其特征在于，包括：
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述一种rna假结结构的热力学与动力学参数的获取方法。
