[發(fā)明專利]一種處理小分子和蛋白質(zhì)相互作用的計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110315297.7
• 申請(qǐng)日: 2011-10-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103049677A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 管翀;趙國(guó)華;曹同成;黃曉峰;張瑩瑩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F19/12
• 分類號(hào): G06F19/12
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠(yuǎn)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種計(jì)算毒理學(xué)領(lǐng)域，尤其是涉及一種處理小分子和蛋白質(zhì)相互作用的計(jì)算方法。

背景技術(shù)

隨著人類社會(huì)的日益發(fā)展，人類所面對(duì)的環(huán)境問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重。各種各樣的工、農(nóng)業(yè)廢水、廢氣、廢渣排放入人類所居住的公共環(huán)境，這些“三廢”中往往含有許多對(duì)人體有害的化合物。目前，世界上已經(jīng)有許多國(guó)家和地區(qū)對(duì)“三廢”的排放進(jìn)行了限制和禁止，對(duì)環(huán)境中污染物的含量做出了嚴(yán)格的限定，制定出相關(guān)的法律規(guī)范以保護(hù)人體免受其傷害。污染物對(duì)人體造成損害的過(guò)程，是污染物進(jìn)入體內(nèi)，與人體中某些重要蛋白結(jié)合的過(guò)程。這些被結(jié)合的蛋白，往往是在人的生命過(guò)程中占有重要地位的蛋白。污染物分子與蛋白結(jié)合后，有兩種行為，其一，使蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，結(jié)構(gòu)的改變往往引起蛋白質(zhì)功能改變，使其喪失或改變?cè)械墓δ堋Ｔ谕ǔＧ闆r下，污染物的存在會(huì)影響蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)含量的變化；其二，蛋白質(zhì)的活性位點(diǎn)被污染物占據(jù)，一些功能性的分子無(wú)法結(jié)合，從而導(dǎo)致一些對(duì)人體健康有關(guān)鍵作用的物質(zhì)無(wú)法被合成或轉(zhuǎn)化，人體最終將因缺乏這些應(yīng)該被合成的重要物質(zhì)而受到損害。

污染物與蛋白質(zhì)相互作用研究的重要性尤為突出。研究的重點(diǎn)在于：首先從宏觀的層面，污染物對(duì)蛋白質(zhì)造成了何種影響，這種影響如何損害人體的健康。其次從微觀層面，污染物與蛋白質(zhì)造成影響的機(jī)理是如何的。微觀層面與宏觀層面相結(jié)合，將使我們獲得污染物毒理的全面徹底的視角，使人們規(guī)避污染物，并增強(qiáng)人們的環(huán)保意識(shí)，促使社會(huì)各界重視環(huán)境污染的問(wèn)題，加大環(huán)境整治和杜絕污染的力度，最終使地球環(huán)境更加健康。

計(jì)算化學(xué)，是指通過(guò)計(jì)算方法解決化學(xué)領(lǐng)域中的問(wèn)題。計(jì)算化學(xué)中的計(jì)算方法涵蓋了各種方法。根據(jù)科學(xué)家研究的體系不同，可采用多種不同的計(jì)算方法。最常用的計(jì)算方法為分子力學(xué)和量子化學(xué)計(jì)算。計(jì)算化學(xué)的目的更明確的來(lái)說(shuō)是為了獲得研究對(duì)象的宏觀物理或化學(xué)性質(zhì)。這種宏觀性質(zhì)可分成兩類：其一，對(duì)象的靜態(tài)平衡性質(zhì)，例如兩個(gè)物質(zhì)作用的結(jié)合常數(shù)，一個(gè)體系的平均勢(shì)能或是對(duì)象在液體中的徑向分布函數(shù)；其二是動(dòng)態(tài)、非平衡性質(zhì)，例如對(duì)象的相變，大分子的構(gòu)象變化，小分子在細(xì)胞膜或納米管中的運(yùn)動(dòng)。

事實(shí)上，一個(gè)大分子體系的各種性質(zhì)，是組成該大分子的許許多多微粒表現(xiàn)出的量子態(tài)的平均，而獲得微粒量子態(tài)的唯一途徑便是解出薛定諤方程。這是因?yàn)檠Χㄖ@方程，暗含了微粒的全部性質(zhì)。在一個(gè)有限時(shí)間、有限能力的情況下，用薛定諤方程對(duì)體系每一個(gè)微粒進(jìn)行從頭計(jì)算是不可能的，更是沒(méi)有必要的，所以有必要提出一種更為簡(jiǎn)單有效地方法，獲得體系較為可靠的性質(zhì)。為了解決上述問(wèn)題，提出了蒙特卡羅模擬法和分子動(dòng)力學(xué)方法運(yùn)用到計(jì)算化學(xué)的領(lǐng)域中。綜上，計(jì)算方法能夠很好地預(yù)測(cè)對(duì)象的靜態(tài)平衡性質(zhì)。進(jìn)而獲得可靠的污染物毒性數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種處理小分子和蛋白質(zhì)相互作用的計(jì)算方法。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種處理小分子和蛋白質(zhì)相互作用的計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)讀入蛋白質(zhì)和小分子配體文件數(shù)據(jù)；

(2)判斷蛋白質(zhì)和小分子配體中的原子類型；

(3)隨機(jī)初始化小分子配體的位置和角度；

(4)運(yùn)行SearchProtein算法，優(yōu)化小分子配體的坐標(biāo)和角度，Chemscore公式作為評(píng)價(jià)函數(shù)；ChemScore評(píng)價(jià)函數(shù)是Eldridge等人在1997年提出的。在本文的程序中，就使用了ChemScore函數(shù)作為能量評(píng)價(jià)的函數(shù)。ChemScore能量函數(shù)通過(guò)以下公式對(duì)配體與蛋白質(zhì)的能量進(jìn)行評(píng)分：

ΔG_binding＝ΔG₀+ΔG_hbondS_hbond+ΔG_metalS_metal+ΔG_lipoS_lipo+ΔG_rotH_rot

(5)達(dá)到最大迭代次數(shù)后終止計(jì)算；

(6)分析結(jié)果，RMSD(根均方偏移量)、對(duì)接自由能ΔG和對(duì)接位點(diǎn)的坐標(biāo)，輸出結(jié)果。

所述的配體文件包括原子的類型、坐標(biāo)以及鍵的類型信息。

所述的隨機(jī)初始化小分子配體的位置和角度具體為：

小分子配體的位置和角度在活性中心周圍的范圍內(nèi)隨機(jī)產(chǎn)生，并通過(guò)Presearch算法進(jìn)行搜索和對(duì)接計(jì)算。