[发明专利]一种基于距离和角度信息的蛋白质ATP对接方法

说明书

一种基于距离和角度信息的蛋白质ATP对接方法，首先，使用ATPbind服务器预测蛋白质‑ATP绑定残基信息辅助预测复合物的结构；生成多种绑定组合方式，增加了构象的多样性；然后，通过种群个体的设计将原先的蛋白质‑ATP结构预测问题转换成搜索最优个体的优化问题，降低了计算代价；最后，设计一种精确的能量函数对生成的构象进行打分，提升了复合物结构的预测精度。本发明提供一种计算代价低、搜索效率高的基于距离和角度信息的蛋白质ATP对接方法。

技术领域

本发明涉及一种生物信息学、智能优化、计算机应用领域，尤其涉及的是一种基于距离和角度信息的蛋白质ATP对接方法。

背景技术

理解蛋白质与配体的相互作用是生物制药和功能食品工业的关键。由于蛋白质的结构决定功能，所以，准确确定蛋白质及其复合物的结构是非常重要的。一直以来，蛋白质与配体复合物实验结构的获取多来自于X射线或NMR核磁共振技术，而且这一过程需要在专业人员的严格控制下进行，消耗大量的时间和成本，因此，这些技术并不适用于一个受体与数以千计的配体之间进行对接实验。为了克服这一重大难题，利用计算机模拟受体和配体对接过程，生成高精度的三维复合物，成为了一个重要的解决方案。

ATP是一种不稳定的高能化合物，又称腺苷三磷酸。水解时释放出大量能量，是生物体内最直接的能量来源。在细胞中，它与蛋白质结合水解为ADP为细胞内部的活动提供能量，ATP和ADP的相互转化实现了贮能和释能，从而保证了细胞各项生命活动的能量供应。蛋白质与配体对接问题可以描述为：已知小分子配体和目标蛋白质的三维结构，通过放置配体到蛋白质的结合位点来预测和评估蛋白质与配体复合物的三维结构。按照对接过程中是否要考虑配体和受体的柔性，又可以将该对接过程分为刚性对接和柔性对接。刚性对接即是在对接过程中，保持小分子配体和目标蛋白质的空间结构不变。

目前利用计算机技术模拟蛋白质与配体分子对接的过程主要是将配体分子在空间中进行随机旋转和平移操作，使用智能优化算法不断搜索更合适的构象，结合能量函数对构象进行打分，算法收敛后得到最终的复合物结构。然而目前这种对接过程还有许多的缺陷，例如算法的搜索效率问题和能量函数的不精确性会导致蛋白质与配体分子对接过程中的计算代价过高和最终得到复合物的三维结构的精确性不高。

因此，现有的蛋白质与配体分子对接方法在计算代价和搜索效率方面存在着缺陷，需要改进。

发明内容

为了克服现有的蛋白质与配体ATP对接方法计算代价高、预测精度不足等缺陷，本发明提出一种计算代价低、预测精度高的基于距离和角度信息的蛋白质 ATP对接方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于距离和角度信息的蛋白质ATP对接方法，所述方法包括以下步骤：

1)输入蛋白质和ATP的结构信息，分别记为D和A；

2)对于输入的蛋白质结构信息D，使用ATPbind服务器 (https://zhanglab.ccmb.med.umich.edu/ATPbind/)预测出蛋白质所有的ATP绑定残基，分别记为r₁,r₂,...,r_m，其中m为预测出的ATP绑定残基个数；

3)根据r₁,r₂,...,r_m的中心碳原子C_α坐标信息，取所有C_α坐标值的平均值，聚类出一个中心点C_D；根据A中各原子坐标信息，取所有原子坐标值的平均值，聚类出一个中心点C_A；移动ATP结构使得C_A和C_D的坐标重合；