[发明专利]对拉伸分子动力学模拟中拉伸方向优化的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种对拉伸分子动力学模拟中优化拉伸方向的方法及装置，适用于分析配体与受体间的相互作用、配体诱导蛋白质的构象变化、配体和受体的选择性结合与最优结合路径的判定。

背景技术

分子动力学模拟(Molecular Dynamics Simulation)(Rahman，A.and F.H.Stillinger(1971).″Molecular dynamics study of liquidwater.″J Chem Phys 55(7)：3336-3359)是在研究生物大分子结构和功能关系中应用最为广泛的一种计算模拟方法。分子动力学模拟是用计算机模拟由原子核和电子所构成的多粒子体系中原子核的运动过程，其中每一个原子核被视为在全部其他原子核和电子所提供的经验势场作用下按牛顿定律运动，得到体系随时间变化的结构信息和计算体系的动力学或热力学性质。尽管计算机技术的发展使动力学模拟时间尺寸得到延伸，最初的模拟只涉及真空里的单个分子，比如原始的牛胰岛素抑制剂模拟只包含大约500个原子(McCammon，J.A.，B.R.Gelin，et al.(1 977).″Dynamics of folded proteins.″Nature 267(5612)：585-590)，而今天模拟包含有10⁴-10⁶个原子的体系是很平常的，并且，模拟的目标正从研究分子和超分子体系向细胞水平发展。目前已经开始用分子动力学方法模拟蛋白质聚合物等复杂生物体系，如对乙酰胆碱受体(Law，R.J.，R.H.Henchman，et al.(2005).″A gatingmechanism proposed from a simulation of a human α7 nicotinicacetylcholine receptor.″Proc Natl Acad Sci USA 102(19)：6813-6818)、ATP合酶(Dittrich，M.，S.Hayashi，et al.(2003).″On themechanism of ATP hydrolysis in F₁-ATPase.″Biophys J 85(4)：2253-2266)和核糖体等构象变化进行分子动力学模拟；另一方面，最初的牛胰岛素模拟时间尺度也只有9.2皮秒(1ps＝10^-12s)，而现代的模拟中仅例行的所谓平衡过程的预处理就远远超过这个时间，一般的模拟时间尺度都是在10纳秒(1ns＝10^-9s)的数量级上(Xu，Y.，F.J.Barrantes，et al.(2005).″Conformational dynamics of the nicotinicacetylcholine receptor channel：a 35-ns molecular dynamicssimulation study.″J Am Chem Soc 127(4)：1291-1299)，甚至在1998年报道了对蛋白质折叠途径的微秒级(1μs＝10^-6s)的分子动力学模拟(Heymann，B.and H.Grubmüller(2000).″Dynamic forcespectroscopy of molecular adhesion bonds.″Phys Rev Lett 84(26)：6126-6129)。然而尽管计算机技术的发展使得动力学模拟的时间尺寸得到延伸，但是目前计算动力学模拟的主要挑战仍然来自时间尺度的巨大差异，例如我们所感兴趣蛋白质的折叠和配体受体相互作用的时间范围从微秒到秒，而我们现在进行的模拟时间主要在纳秒范围。为了在两者之间架起桥梁，除了从根本上加速计算机技术的发展之外，发展快速算法和建立新的模拟方法也十分必要。