[發明專利]一種快速小分子結構對齊方法

有效

• 申請號: 201710519939.2
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107526939B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 於東軍;胡俊;劉子;李陽
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G16B15/00
• 分類號: G16B15/00;G16C10/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 王瑋

本發明公開了一種快速小分子結構對齊方法，讀取待對齊的兩個小分子結構對象，提取所有原子的三維坐標與類型；根據原子類型提取對應的相對原子質量；通過計算所有來自不同小分子的原子對之間的相對原子質量差值，得到初始得分矩陣，使用貪心算法在該初始得分矩陣上求得初始化的對齊信息；在已知的對齊信息下，計算已對齊原子坐標之間的旋轉平移矩陣，使用該矩陣疊加兩個小分子的三維結構，使得兩個小分子在三維空間中盡可能重疊，再通過一個基于三維坐標的打分函數得到一個新的得分矩陣，然后使用貪心算法搜索該得分矩陣得到新的對齊信息，來更新舊的對齊信息；重復上一步直至對齊信息無法更新或達到重復的上限次數，最終的對齊信息就是所求得的解。

技術領域

本發明涉及生物信息學及藥物發現領域，具體地說，是一種快速小分子結構對齊方法。

背景技術

小分子在生命活動中是屢見不鮮的，它廣泛存在于大量的生命體中。小分子通常作為大分子(如蛋白質)的配體且與大分子之間產生相互作用，這種交互作用通常表現為小分子綁定大分子中的某些特定的位置，使得它們可以共同協作為生命活動提供特定的功能。除此之外，藥物往往都是以小分子形式存在的，評價藥物小分子之間的相似性對于藥物發現有著至關重要的指導作用。因此，想要徹底弄清楚生命活動的過程，尤其是有關小分子與大分子之間的相互作用的細節，以及加快藥物發現與設計過程，精確度量兩個小分子之間的相似性就顯得至關重要。

然而，現有的兩個小分子之間相似性度量方法大多是通過計算兩個分子的指紋信息之間的Tanimoto Coefficient參數，這種評價方法丟失了大量的結構信息，并不能準確的度量兩個小分子之間的相似性。近些年來，基于結構的小分子相似性度量策略受到了廣泛關注，如LIGSIFT(Roy,Ambrish,and Jeffrey Skolnick.LIGSIFT:an open-sourcetool for ligand structural alignment and virtual screening.Bioinformatics31.4(2015):539-544.)。但是，它們大多主要依賴分子形狀的相似性，丟失了小分子原子之間的對齊信息，使得分子相似性度量并不能很好的反應分子之間化學信息的相似性，從而不能很好的輔助藥物設計。

盡管基于指紋信息與形狀結構的相似性度量方法可以給出一定精度，但該項研究任務還遠遠沒有結束。

發明內容

為了解決上述已存在的小分子相似性度量方法中由于缺失原子的對齊信息而導致的相似信息的并不精確的缺點，本發明的目的在于提出一種快速小分子結構對齊方法來提供更多的相似性信息。

實現本發明目的所采用的技術方案為：

一種快速小分子結構對齊方法，包括以下步驟：

步驟1：讀入兩個待對齊的小分子結構對象，分別記作A與B；

步驟2：從上述兩個待對齊的小分子對象A與B中提取出所有對應原子的三維坐標信息以及原子類型信息；

步驟3：通過查找元素周期表中原子類型對應的相對原子質量，獲得兩個小分子(A和B)中所有原子的相對原子質量；

步驟4：由公式(1)求得上述待比較小分子對象A與B之間的基于相對原子質量差值的初始化得分矩陣，記作S_init:

其中，m_i表示小分子A中的第i個原子的相對原子質量，m_j表示小分子B中的第j個原子的相對原子質量，S_init(i,j)表示矩陣S_init中的第i行第j列中的值；