基于蛋白分子内部原子波动改善蛋白结构柔性弱点的方法和装置制造方法及图纸

本申请涉及一种基于蛋白分子内部原子波动改善蛋白结构柔性弱点的方法和装置

【技术实现步骤摘要】
基于蛋白分子内部原子波动改善蛋白结构柔性弱点的方法和装置


[0001]本申请涉及信息技术
、
计算机技术
、
人工智能技术
、
生物大分子多尺度模拟技术及计算结构生物学
，尤其涉及基于蛋白分子内部原子波动改善蛋白结构柔性弱点的方法和装置
。

技术介绍

[0002]蛋白质在水溶液中，在范德华作用与疏水作用等熵效应的干预下，蛋白主链会倾向形成分子内氢键
。
由于氢键的协同性，一旦有氢键形成，每个氢键能增强下一个氢键的稳定性，促进氢键在蛋白分子内部进一步延伸
。
例如：肽平面中的羰基可以与邻近第
2、3
或4位肽平面中的亚氨基之间形成氢键，可以形成非常稳定的螺旋状结构
。
肽链中平行或反平行延伸的主链之间也可以形成氢键，形成一种有序的结构称为
β
‑
折叠
。
肽链延伸时会出现转向或者回折现象，肽平面中的羰基可以与邻近第2位或第3位肽平面中氨基形成氢键即转角结构
。
螺旋状结构
、
β
‑
折叠结构与转角结构都是较为稳固的结构，这些结构是蛋白质的刚性所在，均有利于蛋白高级结构的形成
。
[0003]肽链中的有些松散结构不能归类到螺旋
、
β
‑
折叠或转角结构中，它们的肽平面排列无规律，结构较为松散
。
这些序列的连续出现可能造成蛋白分子局部成为“无序区域”。
甚至有一些蛋白，不能形成稳定的高级结构，被称作固有无序蛋白
。
蛋白分子中这些无序区域是其柔性所在，导致蛋白结构灵活可不断变化，且稳定性差
。
[0004]然而蛋白分子的柔性也是影响蛋白质稳定性的关键因素
。
蛋白分子的整体或局部的柔性过高极易造成其自发性地变性
、
降解与多聚化
。
也正是此原因，许多具有治疗功效的蛋白或多肽未能转化成药物为患者所使用
。
[0005]因此，如何快速从蛋白质分子氨基酸序列与结构入手，定点精准解析并改善蛋白质的柔性弱点，是亟需解决的问题
。

技术实现思路

[0006]为解决或部分解决相关技术中存在的问题，本申请提供一种基于蛋白分子内部原子波动改善蛋白结构柔性弱点的方法和装置，通过
AI
挖掘与分析，能够快速解析且改善蛋白结构的柔性弱点，增强蛋白分子的稳定性，减少蛋白分子的自发性降解
。
[0007]本申请第一方面提供一种基于蛋白分子内部原子波动改善蛋白结构柔性弱点的方法，包括：获取目标蛋白分子的第一晶体结构；对所述第一晶体结构进行自由能极小化模拟，获得所述目标蛋白分子的能量极小化拓扑结构；对所述能量极小化拓扑结构进行分子动力学模拟，直至所述能量极小化拓扑结构达到运动平衡状态；
对达到运动平衡状态的所述能量极小化拓扑结构中原子的波动性进行解析，并得到解析结果；根据所述解析结果，找出所述目标蛋白分子中的高波动性区域；对所述高波动性区域内的高波动性氨基酸残基所在位点进行突变，得到可降低所述目标蛋白分子整体波动性的目标突变体
。
[0008]作为一个可选的实施例，所述获取目标蛋白分子的第一晶体结构，包括：获取带有所述目标蛋白分子的第二晶体结构；对所述第二晶体结构进行修复，得到修复后的第二晶体结构；从所述修复后的第二晶体结构中分离出所述目标蛋白分子的第一晶体结构
。
[0009]作为一个可选的实施例，所述对所述第一晶体结构进行自由能极小化模拟，获得所述目标蛋白分子的能量极小化拓扑结构，包括：为所述第一晶体结构添加水分子模型与力场，构建所述目标蛋白分子的拓扑结构；为所述拓扑结构添加模拟盒子；采用预置方法对添加模拟盒子的所述拓扑结构在真空条件下进行能量极小化模拟的预处理；对预处理后的所述拓扑结构在真空条件下正式进行能量极小化模拟，获取能量极小化拓扑结构
。
[0010]作为一个可选的实施例，所述对所述能量极小化拓扑结构进行分子动力学模拟，直至所述能量极小化拓扑结构达到运动平衡状态，包括：为所述能量极小化拓扑结构添加溶液模型和离子模型，以使所述能量极小化拓扑结构达到电荷平衡的生理状态；分别在正则系综与等温等压系综中对达到电荷平衡的生理状态的所述能量极小化拓扑结构进行分子动力学模拟，直至所述能量极小化拓扑结构达到运动平衡状态
。
[0011]作为一个可选的实施例，所述对达到运动平衡状态的所述能量极小化拓扑结构中原子的波动性进行解析，并得到解析结果，包括：采集达到运动平衡状态的所述能量极小化拓扑结构中原子的波动信息；根据所述波动信息，计算达到运动平衡状态的所述能量极小化拓扑结构中原子的波动幅度，并将所述原子的波动幅度作为解析结果
。
[0012]作为一个可选的实施例，所述根据所述解析结果，找出所述目标蛋白分子中的高波动性区域，包括：根据所述原子的波动幅度，判断所述原子的波动幅度与第一预设阈值之间的关系；若所述原子的波动幅度大于所述第一预设阈值，则确定所述原子为高波动性氨基酸残基，并将连续分布的所述高波动性氨基酸残基所在区域标记为高波动性区域
。
[0013]作为一个可选的实施例，所述对所述高波动性区域内的高波动性氨基酸残基所在位点进行突变，得到可降低所述目标蛋白分子整体波动性的目标突变体，包括：对所述高波动性区域内的高波动性氨基酸残基所在位点进行全氨基酸饱和扫描，得到突变体；
迭代计算所述突变体的整体波动幅度，直至找到可降低所述目标蛋白分子整体波动性的目标突变体
。
[0014]本申请第二方面提供一种基于蛋白分子内部原子波动改善蛋白结构柔性弱点的装置，包括：获取模块，用于获取目标蛋白分子的第一晶体结构；第一模拟模块，用于对所述第一晶体结构进行自由能极小化模拟，获得所述目标蛋白分子的能量极小化拓扑结构；第二模拟模块，用于对所述能量极小化拓扑结构进行分子动力学模拟，直至所述能量极小化拓扑结构达到运动平衡状态；解析模块，用于对达到运动平衡状态的所述能量极小化拓扑结构中原子的波动性进行解析，并得到解析结果；查找模块，用于根据所述解析结果，找出所述目标蛋白分子中的高波动性区域；突变模块，用于对所述高波动性区域内的高波动性氨基酸残基所在位点进行突变，得到可降低所述目标蛋白分子整体波动性的目标突变体
。
[0015]本申请第三方面提供一种电子设备，包括：处理器；以及存储器，其上存储有可执行代码，当所述可执行代码被所述处理器执行时，使所述处理器执行如上所述的方法
。
[0016]本申请第四方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行代码，当所述可执行代码被电子设备的处理器执行时，使所述处理器执行如上所述的方法
。
[0017]本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：本申请先通过获取目标蛋白分子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于蛋白分子内部原子波动改善蛋白结构柔性弱点的方法，其特征在于，包括：获取目标蛋白分子的第一晶体结构；对所述第一晶体结构进行自由能极小化模拟，获得所述目标蛋白分子的能量极小化拓扑结构；对所述能量极小化拓扑结构进行分子动力学模拟，直至所述能量极小化拓扑结构达到运动平衡状态；对达到运动平衡状态的所述能量极小化拓扑结构中原子的波动性进行解析，并得到解析结果；根据所述解析结果，找出所述目标蛋白分子中的高波动性区域；对所述高波动性区域内的高波动性氨基酸残基所在位点进行突变，得到可降低所述目标蛋白分子整体波动性的目标突变体
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取目标蛋白分子的第一晶体结构，包括：获取带有所述目标蛋白分子的第二晶体结构；对所述第二晶体结构进行修复，得到修复后的第二晶体结构；从所述修复后的第二晶体结构中分离出所述目标蛋白分子的第一晶体结构
。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述第一晶体结构进行自由能极小化模拟，获得所述目标蛋白分子的能量极小化拓扑结构，包括：为所述第一晶体结构添加水分子模型与力场，构建所述目标蛋白分子的拓扑结构；为所述拓扑结构添加模拟盒子；采用预置方法对添加模拟盒子的所述拓扑结构在真空条件下进行能量极小化模拟的预处理；对预处理后的所述拓扑结构在真空条件下正式进行能量极小化模拟，获取能量极小化拓扑结构
。4.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述能量极小化拓扑结构进行分子动力学模拟，直至所述能量极小化拓扑结构达到运动平衡状态，包括：为所述能量极小化拓扑结构添加溶液模型和离子模型，以使所述能量极小化拓扑结构达到电荷平衡的生理状态；分别在正则系综与等温等压系综中对达到电荷平衡的生理状态的所述能量极小化拓扑结构进行分子动力学模拟，直至所述能量极小化拓扑结构达到运动平衡状态
。5.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对达到运动平衡状态的所述能量极小化拓扑结构中原子的波动性进行解析，并得到解析结果，包括：采集达到运动平衡状态的所述能量极小化拓扑结构中原子的波动信息；根据所述波...

【专利技术属性】
技术研发人员：易吉辉，李铎，许春莲，
申请(专利权)人：深圳新锐基因科技有限公司，
类型：发明
国别省市：