計算蛋白質序列的所有可能的 RNA 密碼子組合

Question

我有一個蛋白質序列：

sequence_protein = 'IEEATHMTPCYELHGLRWVQIQDYAINVMQCL'

以及每種蛋白質的 tRNA 密碼子表：

codon_table = {
'A': ('GCT', 'GCC', 'GCA', 'GCG'),
'C': ('TGT', 'TGC'),
'D': ('GAT', 'GAC'),
'E': ('GAA', 'GAG'),
'F': ('TTT', 'TTC'),
'G': ('GGT', 'GGC', 'GGA', 'GGG'),
'H': ('CAT', 'CAC'),
'I': ('ATT', 'ATC', 'ATA'),
'K': ('AAA', 'AAG'),
'L': ('TTA', 'TTG', 'CTT', 'CTC', 'CTA', 'CTG'),
'M': ('ATG',),
'N': ('AAT', 'AAC'),
'P': ('CCT', 'CCC', 'CCA', 'CCG'),
'Q': ('CAA', 'CAG'),
'R': ('CGT', 'CGC', 'CGA', 'CGG', 'AGA', 'AGG'),
'S': ('TCT', 'TCC', 'TCA', 'TCG', 'AGT', 'AGC'),
'T': ('ACT', 'ACC', 'ACA', 'ACG'),
'V': ('GTT', 'GTC', 'GTA', 'GTG'),
'W': ('TGG',),
'Y': ('TAT', 'TAC'),}

然后我寫了一個 function 它將給出一個元組，其中包含每種蛋白質的可能密碼子：

tRNA = []
for i in sequence_protein:
    for residue in i:
        tRNA.append(codon_table[residue])

這給了這個 output：

[('ATT', 'ATC', 'ATA'),
 ('GAA', 'GAG'),
 ('GAA', 'GAG'),
 ('GCT', 'GCC', 'GCA', 'GCG'),
 ('ACT', 'ACC', 'ACA', 'ACG'),
 ('CAT', 'CAC'),
 ('ATG',),
 ('ACT', 'ACC', 'ACA', 'ACG'),
 ('CCT', 'CCC', 'CCA', 'CCG'),
 ('TGT', 'TGC'),
 ('TAT', 'TAC'),
 ('GAA', 'GAG'),
 ('TTA', 'TTG', 'CTT', 'CTC', 'CTA', 'CTG'),
 ('CAT', 'CAC'),
 ('GGT', 'GGC', 'GGA', 'GGG'),
 ('TTA', 'TTG', 'CTT', 'CTC', 'CTA', 'CTG'),
 ('CGT', 'CGC', 'CGA', 'CGG', 'AGA', 'AGG'),
 ('TGG',),
 ('GTT', 'GTC', 'GTA', 'GTG'),
 ('CAA', 'CAG'),
 ('ATT', 'ATC', 'ATA'),
 ('CAA', 'CAG'),
 ('GAT', 'GAC'),
 ('TAT', 'TAC'),
 ('GCT', 'GCC', 'GCA', 'GCG'),
 ('ATT', 'ATC', 'ATA'),
 ('AAT', 'AAC'),
 ('GTT', 'GTC', 'GTA', 'GTG'),
 ('ATG',),
 ('CAA', 'CAG'),
 ('TGT', 'TGC'),
 ('TTA', 'TTG', 'CTT', 'CTC', 'CTA', 'CTG')]

有沒有辦法計算序列的所有可能的密碼子組合（基本上計算元組中所有單獨元素的乘積）？ 並且還要計算在不首先生成序列的情況下會有多少產品？

我嘗試使用產品 function 但這使我的筆記本崩潰：s

combs = []
for a in product(*tRNA):
    combs.append(a)
print(a)

Answer 1

要計算組合的總數：

sequence_protein = 'IEEATHMTPCYELHGLRWVQIQDYAINVMQCL'
total_number_combinations = np.prod([ len(codon_table[aa]) for aa in sequence_protein ])

要生成所有可能的組合：

最優雅的是itertools：

from itertools import product

tRNA = [codon_table[aa] for aa in sequence_protein]
for i in product(*tRNA):
    #...do whatever you have to do with these combinations.

但您可以使用自定義 function。 只需使用yield這樣您就不會一次生成所有序列並避免 memory 問題。

Answer 2

import itertools

list_codons = [('ATT', 'ATC', 'ATA'),
 ('GAA', 'GAG'),
 ('GAA', 'GAG'),
 ('GCT', 'GCC', 'GCA', 'GCG'),
 ('ACT', 'ACC', 'ACA', 'ACG'),
 ('CAT', 'CAC'),
 ('ATG',),
 ('ACT', 'ACC', 'ACA', 'ACG'),
 ('CCT', 'CCC', 'CCA', 'CCG'),
 ('TGT', 'TGC'),
 ('TAT', 'TAC'),
 ('GAA', 'GAG'),
 ('TTA', 'TTG', 'CTT', 'CTC', 'CTA', 'CTG'),
 ('CAT', 'CAC'),
 ('GGT', 'GGC', 'GGA', 'GGG'),
 ('TTA', 'TTG', 'CTT', 'CTC', 'CTA', 'CTG'),
 ('CGT', 'CGC', 'CGA', 'CGG', 'AGA', 'AGG'),
 ('TGG',),
 ('GTT', 'GTC', 'GTA', 'GTG'),
 ('CAA', 'CAG'),
 ('ATT', 'ATC', 'ATA'),
 ('CAA', 'CAG'),
 ('GAT', 'GAC'),
 ('TAT', 'TAC'),
 ('GCT', 'GCC', 'GCA', 'GCG'),
 ('ATT', 'ATC', 'ATA'),
 ('AAT', 'AAC'),
 ('GTT', 'GTC', 'GTA', 'GTG'),
 ('ATG',),
 ('CAA', 'CAG'),
 ('TGT', 'TGC'),
 ('TTA', 'TTG', 'CTT', 'CTC', 'CTA', 'CTG')]

counter = 0; max_proc = 1000000; list_seq = []

for x in itertools.product(*list_codons):
    counter += 1
    if counter % max_proc == 0:
        #Do your stuff by slice and clear the list
        list_seq = []
    list_seq.append(x)
    print (counter)
    print (x)

就是這樣，沒有更多的RAM問題