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H u a n g L a b L o g i n H e r e H u a n g L a b @ J i m e i U n i v e r s i t y C o m p u t a t i o n a l B i o p h y s i c s C o m p u t B i o P h y s     c o m p u t a t i o n a l b i o l o g y & p h y s i c s l a b L o g i n C o m p u t B i o P h y s D e e p K a H o m e R e s e a r c h P e o p l e P r i n c i p l e i n v e s t i g a t o r G r o u p m e m b e r P u b l i c a t i o n s R e s o u r c e M L P R N N L a b W i k i P h y s i c s P r a c t i c e A c a d e m i c D o c k N e w s S e a r c h P r o t e i n p K a P r e d i c t i o n w i t h M a c h i n e L e a r n i n g W e d e v e l o p e d , s o f a r a s w e k n o w , t h e f i r s t d e e p l e a r n i n g b a s e d p r o t e i n p K a p r e d i c t o r D e e p K a , w h i c h i s e s t a b l i s h e d b y t h e d a t a s e t s g e n e r a t e d b y c o n t i n u o u s c o n s t a n t p H m o l e c u l a r d y n a m i c s s i m u l a t i o n s o f 2 7 9 s o l u b l e p r o t e i n s t h a t i n c l u d e 1 2 8 0 9 p K a v a l u e s o f f o u r r e s i d u e t y p e s , n a m e l y A s p , G l u , H i s a n d L y s . N o t a b l y , t o a v o i d d i s c o n t i n u i t i e s a t t h e b o u n d a r y , g r i d c h a r g e s a r e p r o p o s e d t o r e p r e s e n t p r o t e i n e l e c t r o s t a t i c s . W e s h o w t h a t t h e p r e d i c t i o n a c c u r a c y b y D e e p K a i s c l o s e t o t h a t b y C p H M D b e n c h m a r k i n g s i m u l a t i o n s , v a l i d a t i n g D e e p K a a s a n e f f i c i e n t p r o t e i n p K a p r e d i c t o r . I n a d d i t i o n , t h e t r a i n i n g a n d v a l i d a t i o n s e t s c r e a t e d i n t h i s s t u d y c a n b e a p p l i e d t o t h e d e v e l o p m e n t o f m a c h i n e l e a r n i n g b a s e d p r o t e i n p K a p r e d i c t o r s i n t h e f u t u r e . F i n a l l y , t h e g r i d c h a r g e r e p r e s e n t a t i o n i s g e n e r a l a n d a p p l i c a b l e t o o t h e r t o p i c s , s u c h a s t h e p r o t e i n l i g a n d b i n d i n g a f f i n i t y p r e d i c t i o n . ( D a t a a n d c o d e c a n b e d o w n l o a d e d f o r f r e e f r o m h t t p s : / / g i t l a b . c o m / y a n d o n g h u a n g / d e e p k a . ) P r o t e i n s e c o n d a r y s t r u c t u r e p r e d i c t i o n w i t h a r e d u c t i v e d e e p l e a r n i n g m e t h o d P r o t e i n s e c o n d a r y s t r u c t u r e s h a v e b e e n i d e n t i f i e d a s t h e l i n k s i n t h e p h y s i c a l p r o c e s s e s o f p r i m a r y s e q u e n c e s , t y p i c a l l y r a n d o m c o i l s , f o l d i n g i n t o f u n c t i o n a l t e r t i a r y s t r u c t u r e s t h a t e n a b l e p r o t e i n s t o i n v o l v e a v a r i e t y o f b i o l o g i c a l e v e n t s i n l i f e s c i e n c e . T h e r e f o r e , a n e f f i c i e n t p r o t e i n s e c o n d a r y s t r u c t u r e p r e d i c t o r i s o f i m p o r t a n c e e s p e c i a l l y w h e n t h e s t r u c t u r e o f a n a m i n o a c i d s e q u e n c e f r a g m e n t i s n o t s o l v e d b y h i g h r e s o l u t i o n e x p e r i m e n t s , s u c h a s X r a y c r y s t a l l o g r a p h y , c r y o e l e c t r o n m i c r o s c o p y , a n d n u c l e a r m a g n e t i c r e s o n a n c e s p e c t r o s c o p y , w h i c h a r e u s u a l l y t i m e c o n s u m i n g a n d e x p e n s i v e . I n t h i s p a p e r , a r e d u c t i v e d e e p l e a r n i n g m o d e l M L P R N N h a s b e e n p r o p o s e d t o p r e d i c t e i t h e r 3 s t a t e o r 8 s t a t e p r o t e i n s e c o n d a r y s t r u c t u r e s . T h e p r e d i c t i o n a c c u r a c y b y t h e M L P R N N o n t h e p u b l i c l y a v a i l a b l e b e n c h m a r k C B 5 1 3 d a t a s e t i s c o m p a r a b l e w i t h t h o s e b y o t h e r s t a t e o f t h e a r t m o d e l s . M o r e i m p o r t a n t l y , t a k i n g i n t o a c c o u n t t h e r e d u c t i v e a r c h i t e c t u r e , M L P R N N c o u l d b e a b a s e l i n e f o r f u t u r e d e v e l o p m e n t s . D a t a a n d c o d e c a n b e d o w n l o a d e d f o r f r e e f r o m h t t p s : / / g i t l a b . c o m / y a n d o n g h u a n g / m l p b g r u . P r e v i o u s N e x t L a b o v e r v i e w U p d a t e d o n 2 1 O c t , 2 0 2 2 b y Y a n d o n g H u a n g O u r l a b i s w o r k i n g o n t h e m e t h o d d e v e l o p m e n t a n d a p p l i c a t i o n o f m o l e c u l a r d y n a m i c s a n d c e l l u l a r s i g n a l i n g m e t h o d s . C o m b i n i n g t h e m o l e c u l a r d y n a m i c s w i t h n o n l i n e a r d y n a m i c s , t h e g o a l i s t o e x p l o r e t h e m o l e c u l a r m e c h a n i s m o f c e l l u l a r s i g n a l i n g m e d i a t e d b y i o n c h a n n e l s . S p e c i a l a t t e n t i o n h a s b e e n p a i d t o e x p l o r e t h e r o l e o f s o l u t i o n p H d u r i n g t h e b i o l o g i c a l p r o c e s s e s o f i n t e r e s t . O u r w o r k i s s i g n i f i c a n t f o r n o t o n l y t h e b a s i c e x p e r i m e n t a l r e s e a r c h e s i n c e l l u l a r b i o l o g y , b u t a l s o d r u g d e s i g n , c l i n i c a l m e d i c i n e , a n d b i o l o g i c a l e n g i n e e r i n g . I n a d d i t i o n , w e a r e i n t e r e s t e d i n t h e a p p l i c a t i o n o f m a c h i n e l e a r n i n g t o p r e d i c t i n g s o m e q u a n t i t i e s w h i c h i s i m p o r t a n t i n b i o l o g y a n d c h e m i s t r y , l i k e p r o t e i n s e c o n d a r y s t r u c t u r e a n d p r o t e i n l i g a n d b i n d i n g a f f i n i t y . I f y o u w a n n a k n o w m o r e a b o u t u s o r c o n t a c t u s d i r e c t l y , p l e a s e s e n d a e m a i l t o o u r o f f i c i a l m a i l b o x . O u r l a b s a d d r e s s i s s h o w e d a t t h e b o t t o m o f t h i s w e b s i t e . W e e x p l o r e t h e m i c r o s c o p i c w o r l d o f b i o l o g y a n d c h e m i s t r y t h r o u g h a c o m p u t e r t h a t s i m u l a t e s t h e m o v e m e n t o f a b i o m o l e c u l e a n d v i s u a l i z e s i t o n t h e s c r e e n , l i k e a m o v i e . T h e c o n f o r m a t i o n a l c h a n g e o f a p r o t e i n c o u l d b e o b s e r v e d . H e r e a b i o l o g i s t m i g h t k i n d l y r e m i n d u s t h a t s u c h a c h a n g e i s c o n n e c t e d w i t h i t s b i o l o g i c a l f u n c t i o n . P u s h e d b y t h e c u r i o s i t y , w e w o u l d k e e p m o v i n g f o r w a r d a n d f i n a l l y w e m i g h t b e t h e o n e w h o t e l l s t h e w o r l d f o r t h e f i r s t t i m e h o w t h e p r o t e i n f u n c t i o n s . I n t h e m e a n t i m e , w e a r e i n t e r e s t e d i n a l g o r i t h m o r s o f t w a r e d e v e l o p m e n t w h i c h i s f u n d a m e n t a l f o r a d r y l a b t o i n v e s t i g a t e c o m p l e x b i o l o g i c a l s y s t e m s . I f y o u h a v e a n y q u e s t i o n s , p l e a s e d o n o t h e s i t a t e t o c o n t a c t D r . H u a n g v i a y a n d o n g h u a n g @ j m u . e d u . c n . C o n t a c t u s R e s e a r c h i n t e r e s t s L a b N e w s 2 0 2 5 . 0 1 D e e p K a 获 美 国 麻 省 理 工 学 院 等 国 内 外 著 名 机 构 正 面 评 价 和 推 荐 2 0 2 4 . 1 2 国 际 合 作 专 题 正 式 发 表 在 美 国 生 物 物 理 学 会 旗 舰 期 刊 《 B i o p h y s i c a l J o u r n a l 》 2 0 2 4 . 1 0 实 验 室 参 与 的 C H A R M M 软 件 更 新 文 章 登 上 《 J . P h y s . C h e m . B 》 封 面 ！ 2 0 2 4 . 1 0 恭 喜 孙 硕 （ 软 件 2 1 ） 被 南 京 大 学 物 理 学 院 录 取 ， 攻 读 理 论 与 计 算 生 物 物 理 专 业 硕 士 ！ 2 0 2 4 . 9 实 验 室 参 与 开 发 的 国 际 顶 尖 分 子 模 拟 软 件 C H A R M M 更 新 文 章 在 物 理 化 学 权 威 期 刊 《 J . P h y s . C h e m . B 》 上 发 表 2 0 2 4 . 8 实 验 室 主 导 的 国 际 合 作 文 章 发 表 在 生 物 物 理 顶 刊 《 B i o p h y s . 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