[发明专利]基于细分方法的分子表面网格生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于细分方法(Subdivision Method)的分子表面网格生成方法，属于计算机科学与分子生物学相结合的技术领域。

背景技术

近年来，分子生物学、结构生物学和计算机技术的结合已成为一种趋势。这两门学科主要研究生物大分子的结构和功能，对分子表面模型的构造非常迫切。由于细分方法在曲面造型技术中具有绝对的优势，细分曲面模型构造逐渐成为学术界研究的热点，但是将细分的方法应用在分子表面的研究还较少。

本发明也正是在这样一个背景下提出了基于细分方法的分子表面网格生成方法。分子表面模型构造已在制药、生物、医学、量子化学等领域发挥着越来越重要的作用，对一些蛋白质分子高质量可视化的需求与日俱增。所以本发明具有较高的学术意义和应用价值

人们对分子表面模型构造的研究始于19世纪70年代。这个时候有很多学者开始讨论分子表面模型的定义，但关于分子表面模型的理论体系还未形成。直到1983年，Michael L. Connolly发表了《Analysis of Molecular Surface Calculation》，详细阐述分子表面的形成过程，并给出计算分子表面的公式。至此，才开创了分子表面研究的先河。

 1971年，Lee 和 Richards提出了SAS(solvent-accessible surface，溶剂可接触表面)分子表面模型，如图1所示。它模拟一个探针小球在分子表面滚动，在滚动过程中，探针小球中心扫描过的点的轨迹就形成了SAS分子表面模型。1977年，Richards进一步提出了光滑的分子表面模型(Smooth Molecular Surface). 1978年，Greer和Bush在Richards工作的基础上提出了SES(solvent-excluded surface，溶剂非可接触表面)分子表面模型。 它模拟探针小球在分子表面滚动，在滚动过程中，探针小球与所接触到的原子的边界所形成的轨迹即为SES。具体形成过程如下：

探针小球(Probe)在分子表面滚动过程中，它同时与三个或者更多原子接触时的位置称为一个固定位置(如图1，探针球Probe和三个原子atom1, atom2, atom3同时接触)，在这一位置，探针球和三个原子的接触点p1,p2,p3形成了一个三角凹面(此三角凹面属于探针球面的一部分)。然后，探针球Probe绕着atom2与atom3所形成的轴线滚动直到和原子atom4接触时停止(如图1)。在这一滚动过程中，探针球与原子atom2,atom3的接触点从p2到p4,从p3到p5划过一道弧线，这样，就形成了由p2,p4,p5,p3所围成的马鞍凹环面。

当探针小球只和一个原子接触时，它在这一原子上滚动所形成的面即为凸球面，如图2中三角网格所示。探针小球在滚动过程中所形成的所有三角凹面、马鞍环面、凸球面共同组成了SES分子表面。

由以上介绍可知，SES主要由三种面片组成：三角凹面片、马鞍环面片和凸球面片。如图3所示，红色球为当前考虑原子，其它六个蓝色球是它的邻近原子(邻近原子的定义在本文第三部分已说明)，与其对应的SES分子表面网格图如图3所示。根据本文第二部分对分子表面SES的阐述，探针球与当前原子以及此原子的两个邻近原子同时接触时形成一个固定位置，探针球的每个固定位置将形成一个三角凹面片，如图3中三角形网格所示。探针球从一个固定位置滚动到另一个固定位置的过程中将形成一个马鞍环面，如图3中四边形网格所示。探针球只与当前原子接触滚动过程中所形成的面即为凸球面，如图3中三角形网格所示。