[發明專利]通過構建CHARMM ROTAMERS力場預測突變氨基酸側鏈結構的方法

有效

• 申請號: 201810591726.5
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN109002690B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 姚建莊;李春雨;朱莉
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: G16B20/50
• 分類號: G16B20/50;G16B5/00;G16B50/00
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 支文彬

一種通過構建CHARMM ROTAMERS力場預測突變氨基酸側鏈結構的方法，通過運用VMD圖形顯示軟件及PuTTY與WinSCP運行軟件的結合，進行結構對比，我們找到了氨基酸不同旋轉異構體中與晶體結構最相近且與舊CHARMM力場區分明顯的穩定結構。通過能量最小化和分子動力學模擬研究，進行進一步測量與計算得出RMSD值，通過比較，進而證實了所得結構的準確性。我們的研究結果在數據準確豐富的基礎上，快速的找到了氨基酸中能量最低、結構穩定的旋轉異構體，節約了實驗時間和成本，為蛋白質藥物設計提供了可靠依據。

技術領域

本發明涉及蛋白質工程和分子動力學模擬技術領域，具體涉及一種通過構建CHARMM ROTAMERS力場預測突變氨基酸側鏈結構的方法。

背景技術

利用傳統的蛋白質工程實驗方法改造蛋白質，耗時費力，可行性不高。計算機運算速度的快速發展使基于力場的分子動力學模擬變成現實。

CHARMM(Chemistry at HARvard Macromolecular Mechanics)是分子動力學場集合的名稱，以及與他們相關的分子動力學模擬和分析計算機軟件包的名稱。它作為引領軟件，對蛋白質分子動力學模擬的發展起到了至關重要的作用，但是在預測突變氨基酸的側鏈結構時，CHARMM力場仍有不足之處。

蛋白質的結構復雜多樣，基本組成單位是氨基酸，各個氨基酸具有不同ROTAMERS(ROTAMER是僅由繞分子內單鍵的內旋轉構象不同而產生的旋轉異構體，在實際的晶體結構里面有許多ROTAMERS)的三維結構，主鏈是重合的，側鏈在不同的位置。當把某一氨基酸突變為目標氨基酸的時候，因為CHARMM力場本身只有氨基酸的一種ROTAMER，不包括其他ROTAMERS，所以CHARMM力場不可以準確快速的確定目標氨基酸側鏈的位置。

發明內容

本發明為了克服以上技術的不足，提供了一種使新CHARMM力場能夠更好的預測突變氨基酸的側鏈結構，并通過能量最小化和分子動力學模擬，得出結合能最小的突變體結構，與已知突變體的晶體結構進行對比，驗證新CHARMM力場的正確性和優越性的預測突變氨基酸側鏈結構的方法。

本發明克服其技術問題所采用的技術方案是：

一種通過構建CHARMM ROTAMERS力場預測突變氨基酸側鏈結構的方法，包括如下步驟：

a)下載并打開ROTAMERS庫中含有某氨基酸全部rotamers的pdb格式文件，將其中的N種旋轉異構體獨立保存并分別命名為氨基酸英文簡稱1-N；

b)使用VMD視圖軟件打開pdb格式文件，選用VPK模型，在VMD視圖軟件中測量氨基酸的鍵長Bonds、測量鍵角Angles、測量二面角Dihedrals，構建CHARMM ROTAMERS力場并得到N種旋轉異構體的穩定結構；

c)將測量完成的N種氨基酸旋轉異構體的數據添加到舊CHARMM力場top模板文件中所對應氨基酸的位置；

d)在WinSCP軟件中打開蛋白質文件并找到氨基酸所在位置，刪除氨基酸側鏈，將氨基酸名字末位字母改為1-N，在PuTTY軟件中得到氨基酸1-N的N個輸出文件fullprot.pdb；

e)使用VMD視圖軟件打開步驟d)中的fullprot.pdb文件，將得到的晶體結構與舊的CHARMM力場中對應的氨基酸結構和N種氨基酸旋轉異構體結構分別進行對比；

f)通過公式分別計算N種旋轉異構體的旋轉異構體與晶體偏轉數值RMSD(v,w)，式中v表示蛋白質晶體結構，w為步驟b)中氨基酸1-N或舊的CHARMM力場下該氨基酸的結構，x,y,z為蛋白質中每個重原子的坐標，n表示蛋白質側鏈結構的原子數，i為蛋白質中第i個重原子；

g)取步驟f)中數值最小的RMSD(v,w)為最接近蛋白質晶體結構的旋轉異構體；