[发明专利]一种分析蛋白质侧链构象含时动力学演化的方法

说明书

本发明涉及一种分析蛋白质侧链构象含时动力学演化的方法，属于蛋白质结构与动力学研究领域。通过计算蛋白质运动过程中氨基酸残基侧链在每一个时刻的相对扭转角，获得氨基酸残基侧链扭转为主的重要信息，步骤为：步骤1：获取蛋白质初始结构；步骤2：采用步骤1的蛋白质初始结构进行含时分子动力学模拟，得到蛋白质运动轨迹文件；步骤3：从步骤2的蛋白质运动轨迹文件，提取氨基酸残基侧链，计算第N时刻的氨基酸残基侧链的相对扭转角；步骤4：计算第一时刻后所有时刻的氨基酸残基侧链的相对扭转角，给出相对扭转角随时间的演化。本发明解决了传统方法以及工具难以观察蛋白质侧链构象含时动力学演化的难题。

技术领域

本发明涉及分析蛋白质折叠或其他动力学过程中空间结构的变化，尤其涉及一种分析蛋白质侧链构象含时动力学演化的方法，属于蛋白质结构与动力学研究领域。

背景技术

蛋白质是最重要的生物大分子之一，它在生物体内承担着物质输运、信号传递和能量供给等生物学功能。蛋白质的生物学功能是由其自然折叠而成的空间结构决定的。实验上，采用X射线衍射、多维核磁共振等技术可以测定蛋白质的结构。理论上，人们发展了分子动力学技术研究蛋白质折叠和动力学过程。它通过计算蛋白质分子中原子的运动轨迹、原子间的相互作用等，在原子尺度上阐明蛋白质实现生物学功能过程中空间结构演化的微观动力学机制。然而，蛋白质分子的组成与结构非常复杂，其折叠和动力学过程涉及大量原子的集体运动，发展一些结构分析方法非常必要。目前已发展了一些理论方法，以及空间结构可视化分析软件，如Cn3D、VMD、Jmol等。这些方法和工具在展示蛋白质分子三维空间构象、揭示结构特征、分析原子或基团间相互作用等方面非常有用。但是，它们是对某一时刻或某一帧的空间结构进行分析，缺乏展现蛋白质分子空间结构含时演化的能力。

由于组成蛋白质的各种氨基酸主要区别是侧链基团，每个蛋白质所具有的独特空间结构和功能与侧链紧构型密相关。在蛋白质实现其生物学功能的过程中，相关侧链构型的伴随变化(如旋转、扭转、弯曲等)是一个重要的方面。因而，在蛋白质折叠或其他动力学过程模拟中，分析蛋白质的侧链构象含时演化显得非常重要，目前这方面的研究还很少。蛋白质的空间结构演化是主链和侧链的协同运动，目前的结构分析工具没有将主链和侧链运动分离，难以观测特定侧链的构象演化，还需要更有效的分析手段和方法。

发明内容

本发明的目的是针对目前还没有分析蛋白质折叠和其他动力学过程中侧链结构变化的技术现状，提出了一种分析蛋白质侧链构象含时动力学演化的方法。

本发明所提方法通过计算蛋白质运动过程中氨基酸残基侧链在每一个时刻的相对扭转角，获得氨基酸残基侧链扭转为主的重要信息。

为实现上述目的，一种分析蛋白质侧链构象含时动力学演化的方法，步骤如下：

步骤1：获取蛋白质初始结构；

其中，蛋白质初始结构可以从蛋白质数据银行(PDB，http://www.rcsb.org)获取，也可以通过蛋白质结构建模的方法与工具获取；

步骤2：采用步骤1的蛋白质初始结构进行含时分子动力学模拟，得到蛋白质运动轨迹文件，具体为：

以步骤1的蛋白质初始结构，利用分子动力学模拟软件，选择合适的力场，对蛋白质进行含时分子动力学模拟，得到蛋白质中各原子的运动轨迹信息，保存运动轨迹文件；

其中，力场的一种优选方案是全原子力场和联合原子力场；

其中，模拟积分步长取Δt飞秒，对整个系统进行T纳秒的分子动力学模拟；每隔W个积分步输出一次蛋白质的结构，即每Δt×W飞秒记录一次蛋白质结构的信息；运动轨迹文件共保存K＝(T×10⁶)/(Δt×W)个时刻的结构，依次编号为N＝1,2,3,…,K；

其中，Δt、W、K值为大于1的正整数；