[发明专利]简化线形柔性大分子动力学的仿真方法

摘要

一种简化线形柔性大分子动力学的仿真方法，从药物分子的药效基团或受体的活性部位入手，建立分子简化线形部分的具有“球－虚弹簧”结构的示意模型，模型中将线形部分一端固定在分子母体上，线形部分由球和虚弹簧相间连接而成，其中的球是将重原子及与之相连的轻原子的质量和转动惯量等效在一个原子上而得到的等效原子，等效原子间连接的虚弹簧同时具备弹簧和棒的特性。根据“球－虚弹簧”模型中原子间非共价键势及原子间作用力，建立柔性线形分子的横向伸缩、轴向扭转振动及线形摆动模型的运动方程，模拟线形生物受体大分子低能构象时存在的形态，可用于计算机辅助药物设计。

主权项

1、一种简化线形柔性大分子动力学的仿真方法，其特征在于包括如下步骤：1)将药物分子的药效基团或受体的活性部位中近似线形部分简化成线形，建立分子简化线形部分的具有“球-虚弹簧”结构的示意模型，模型中将线形部分一端固定在分子母体上，线形部分由球和虚弹簧相间连接而成，其中的球是将重原子及与之相连的轻原子的质量和转动惯量等效在一个原子上而得到的等效原子，等效原子间用虚弹簧连接，虚弹簧同时具备“弹簧和棒”的特性；2)分别确定模型中原子间非共价键势能，包括范德华能量项Evdw，静电作用能量项Eelec，氢键作用能量项EH；3)根据非共价键势能计算原子间作用力，根据分子动力学构象仿真分析的方法，用势能函数的梯度iE来计算力Qi，随机产生一个初速度，以原子的初始坐标为起点，计算原子在t时刻的新位置和速度。其中，Qi(t)沿三个方向的分力为：沿轴向的Fi(t)，沿径向的Fj(t)和Fk(t)，Fi(t)，Fj(t)，Fk(t)之间符合右手定律；4)根据“球-虚弹簧”模型建立伸缩模型的振动方程式，振动方程式用等效原子的质量矩阵、虚弹簧的弹性系数矩阵和轴向力向量来表示，轴向力向量等于质量矩阵与加速度向量的乘积加上弹性系数矩阵与位移向量的积，其中，质量矩阵是对角阵，每个等效原子质量mi是重原子连同相连的轻原子的质量和，加速度向量是等效原子轴向位移向量的两次导数；5)根据“球-虚弹簧”模型建立扭转模型的振动方程式，振动方程式用等效原子的转动惯量矩阵、虚弹簧的扭转系数矩阵和扭转力矩向量来表示，扭转力矩向量为转动惯量矩阵与角加速度向量的乘积加上扭转弹性系数矩阵与角位移向量的积，这里扭转力矩向量主要是由作用在与重原子相连的轻原子或基团上的与轴向力方向垂直的力与它们到相应重原子距离乘积，其中：转动惯量矩阵是对角阵，每个对角元素Ji是等效转动惯量，大小等于重原子连同相连轻原子对线形分子轴线的转动惯量和，角加速度向量是等效原子轴向位移向量的两次导数；6)根据“球-虚弹簧”模型建立摆动模型的摆动方程式，摆动方程式用等效原子的质量矩阵、虚弹簧的弯曲系数矩阵和径向力向量来表示，其中，径向力向量包括作用于每个等效原子上的垂直于线分子方向的分力和固定架作用于原子上的力；7)分别对伸缩、扭转及摆动三种模型的运动方程式求解，然后用计算机高级语言和三维图形仿真工具对运动表达式仿真，得到线形生物受体大分子低能构象时存在的形态，包括瞬时位置，速度，加速度。