[发明专利]一种基于能量函数的模板口袋搜索方法

说明书

一种基于能量函数的模板口袋搜索方法，首先，使用COACH服务器预测出蛋白质绑定残基信息；然后，设计计算代价小的筛选条件去除掉数据库中大量结构相似度很低的口袋；最后，设计精确的能量函数对两个口袋的结构相似度进行打分，并选择能量最低的口袋作为模板口袋。本发明提供一种计算代价低、搜索效率高的基于能量函数的模板口袋搜索方法。

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，一种基于能量函数的模板口袋搜索方法。

背景技术

蛋白质与小分子结合在一起发挥作用在生命体中非常普遍，例如抗原-抗体识别，物质跨膜运输等。研究蛋白质与小分子之间的结合模式对于药物筛选和创新药物研发有着至关重要的作用。分子对接的目的在于通过已知配体和目标蛋白质的三维结构，运用计算手段来预测和评估蛋白质-配体复合物的三维构象，从而更好地理解蛋白质-配体之间的相互作用。近年来，分子对接方法已成为计算机辅助药物研究领域的一项重要技术。

分子对接的本质是两个或多个分子之间的识别过程，涉及分子之间的空间匹配和能量匹配。对接软件将小分子放在靶标分子的活性位点处，通过不断优化受体化合物的位置、构象、分子内部可旋转键的二面角和受体的氨基酸残基侧链和骨架，寻找受体小分子化合物与靶标大分子作用的最佳构象，并预测其结合模式和亲和力。但由于目前还没有一个完美的能量函数可以评价受体-配体的结合模式，而且检测配体与受体发生结合的部位还不够精准，因此这些方法在分子对接的精确度上还不是很高。

在受体蛋白质与配体小分子对接的过程中，小分子都是在蛋白质表面凹状的空腔内与蛋白质发生结合，该空腔也称为口袋。口袋内的残基称为绑定残基，这些残基与空腔内的小分子配体之间受各种作用力的约束，发生相互作用，从而保持受体和配体之间的空间相对位置稳定。小分子与蛋白质的口袋结合时，因为口袋的形状各不相同，配体分子结构的键长、键角会发生变化，以适应口袋的结构。因此口袋的形状一定程度上影响小分子的结构，两个结构相似的口袋，其对应的配体小分子的结构及与口袋之间的空间相对位置存在着一定的关系，利用这种关系可以帮助提高分子对接的精确度。

然而，现有的分子对接方法还没有利用已知的受体-配体结合信息，需要设计一种方法搜索与待对接口袋结构相似的模板，从中获取先验信息去辅助分子对接，以提高预测精度。

发明内容

为了克服现有的分子对接方法在利用先验信息方面的不足，本发明提出一种计算代价低、搜索效率高的基于能量函数的模板口袋搜索方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于能量函数的模板口袋搜索方法，所述方法包括以下步骤：

1)输入蛋白质结构信息R，使用COACH服务器(https://zhanglab.ccmb.med.umich.edu/COACH/)预测它的绑定残基r₁,r₂,...,r_N，由r₁,r₂,...,r_N组成的绑定口袋记为P^R，其中N为预测出的绑定残基个数；

2)对于PDB数据库中的所有受体蛋白质的绑定口袋记为P^b，P^b的绑定残基分别是其中b＝1,2,…,B，M表示第b个绑定口袋的残基个数，B表示PDB数据库中所有绑定口袋的数量；

3)分别计算r₁,r₂,...,r_N和中的任意两个绑定残基的C_α原子的距离，将最大距离分别记为d_max和

4)将B个绑定口袋中满足|M-N|≤3和的所有蛋白质口袋筛选出来，数量为G；