[发明专利]一种分子体积计算方法及两分子的形状比较方法

说明书

技术领域

本发明涉及药物分子的设计和筛选，特别是一种分子体积计算方法及两分子的形状比较方法。

 

背景技术

    两个分子的三维形状和药效团（分子中具有特定性质的原子集团）的彼此匹配和定量比较是药物设计中主要方法。分子体积与形状相关，而形状决定分子的物理化学性质，而这种性质决定分子的生物活性。

传统上，分子的形状通过一组相互叠合的硬球模型计算，每个硬球对应一个原子，而球的半径为原子的范德华半径。每个硬球对应的体积密度函数在球内为1，而球外则为0。这样的体积密度可由单个原子硬球体积密度展开为下面的公式（1）：

其中fi(r)为原子i的体积密度。如图1所示，一个双原子分子的体积等于两个原子体积的和减去它们之间的叠合体积，即V=VA+VB-VAB。对于三原子分子，则由多个“包含”与“排除”交替项组成：V=VA+VB+VC-VAB-VAC-VBC+VABC。对于任意分子，其体积也为一系列“包含”与“排除”交替项组成，用下述公式（2）计算：

其中vi为原子i的体积，vij为原子i和j的（二阶）叠合体积，vijk为原子i,j及k的（三阶）叠合体积，依此类推。对于一个N个原子的分子，以上求和一般要进行到N-1阶原子的叠合。

运用上述方法计算分子形状的主要缺陷是：由于硬球模型得到的体积对原子坐标导数的不连续性，导致计算时间加长，精度下降。

发明内容

本发明提供一种分子体积计算方法及两分子的形状比较方法，以解决现有技术计算分子体积时间较长，精度不高的技术问题。

采用的技术方案如下：

一种分子体积计算方法，所述方法包括：

步骤11，读入第一分子的三维结构信息，所述三维结构信息包括第一分子中每个原子的类型及其坐标数值；

步骤12，根据第一分子中各原子的类型得到相应的范德华半径，将三维结构信息转换为一组代表第一分子中各原子的高斯球，每个高斯球的半径与相应原子的范德华半径相同，且每个高斯球的位置与相应原子的坐标相同；

步骤13，计算每对高斯球组的叠合体积，其中第ij组高斯球组包括第i个高斯球和第j个高斯球，第ij组高斯球组的叠合体积为；

步骤14，计算每个高斯球的权重，第i个高斯球的权重，为第i个高斯球的体积，k为一个常数；

步骤15，计算第一分子的自身叠合体积为,以第一分子的自身叠合体积作为第一分子的体积，其中为第i个高斯球的权重，为第j个高斯球的权重，为第i个高斯球与第j个高斯球的叠合体积，A为第一分子所有高斯球的集合。

进一步的，k的取值为0.5至1.0之间。

一种两个分子形状的比较方法，所述方法包括：

步骤31，系统读入第一分子和第二分子的三维结构信息，计算第一分子和第二分子的自身叠合体积，具体包括：

读入第一分子的三维结构信息，所述三维结构信息包括第一分子中每个原子的类型及其坐标数值；

根据第一分子中各原子的类型得到相应的范德华半径，将三维结构信息转换为一组代表第一分子中各原子的高斯球，每个高斯球的半径与相应原子的范德华半径相同，且每个高斯球的位置与相应原子的坐标相同；

计算第一分子中每对高斯球组的叠合体积，其中第ij组高斯球组包括第一分子中第i个高斯球和第j个高斯球，第一分子中的第ij组高斯球组的叠合体积为；

计算第一分子中每个高斯球的权重，第一分子中第i个高斯球的权重，为第一分子中第i个高斯球的体积，k为一个常数；

计算第一分子的自身叠合体积为,A表示第一分子所有高斯球的集合；

读入第二分子的三维结构信息，所述三维结构信息包括第二分子中每个原子的类型及其坐标数值；

根据第二分子中各原子的类型得到相应的范德华半径，将三维结构信息转换为一组代表第二分子中各原子的高斯球，每个高斯球的半径与相应原子的范德华半径相同，且每个高斯球的位置与相应原子的坐标相同；

计算第二分子中每对高斯球组的叠合体积，其中第ij组高斯球组包括第二分子中第i个高斯球和第j个高斯球，第二分子中的第ij组高斯球组的叠合体积为；

计算第二分子中每个高斯球的权重，第二分子中第i个高斯球的权重，为第二分子中第i个高斯球的体积，为一个常数；

计算第二分子的自身叠合体积为,B表示第二分子所有高斯球的集合；