一种生物酶多构象动态电场的构建方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种生物酶多构象动态电场的构建方法及系统，包括如下步骤：获取生物酶体系中各原子的电荷和分子动力学模拟轨迹多构象中各个原子的空间位置坐标；确定生物酶在酶催化反应过程中的两个关键原子的坐标；批量提交包含生物酶分子动力学模拟计算数据的文件，利用空间两点的中点坐标计算所述两个关键原子的中点的空间位置坐标，并将该中点作为计算点，基于获取的生物酶体系各个原子的电荷、空间位置坐标、库伦常数以及两个关键原子中心点的坐标，采用库伦定律计算输出生物酶体系各个部分对计算点产生的电场强度。个部分对计算点产生的电场强度。个部分对计算点产生的电场强度。

【技术实现步骤摘要】
一种生物酶多构象动态电场的构建方法及系统


[0001]本专利技术涉及生物酶理性改造
，具体为一种生物酶多构象动态电场的构建方法及系统。

技术介绍

[0002]这里的陈述仅提供与本专利技术相关的
技术介绍
，而不必然地构成现有技术。
[0003]生物酶是由活细胞产生的具有催化作用的有机物，大部分是蛋白质，少部分是RNA。生物酶的电场特征被认为是影响酶催化效率的重要因素，因此，揭示生物酶多构象动态电场特征对于生物酶的理性设计和定向改造具有重要意义。
[0004]目前生物酶的电场数据通常采用人工手动计算的方式获取，但这种方式对计算人员的专业知识要求高，且所得的结果容易存在计算错误。此外，人工手动计算往往需要耗费大量的时间，且难以在短时间内完成生物酶多个酶构象动态电场的计算工作。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种生物酶多构象动态电场的构建方法及系统，实现对生物酶多构象动态电场变化情况的高通量计算，提升生物酶电场的计算效率。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种生物酶多构象动态电场的构建方法，包括如下步骤：
[0008]获取生物酶体系中各原子的电荷和分子动力学模拟轨迹多构象中各个原子的空间位置坐标；
[0009]确定生物酶在酶催化反应过程中的两个关键原子的坐标；
[0010]批量提交包含生物酶分子动力学模拟计算数据的文件，利用空间两点的中点坐标计算所述两个关键原子的中点的空间位置坐标，并将该中点作为计算点，基于获取的生物酶体系各个原子的电荷、空间位置坐标、库伦常数以及两个关键原子中心点的坐标，采用库伦定律计算输出生物酶体系各个部分对计算点产生的电场强度。
[0011]在一些实施例中，生物酶体系中各原子的电荷和空间位置坐标包括蛋白质残基、溶剂环境、反应底物以及中和离子四部分数据。
[0012]在一些实施例中，将不同类别的原子电场强度进行加和处理，得到各个类别原子在计算点所产生的电场强度值。
[0013]在一些实施例中，生物酶分子动力学的模拟时长为20
‑
40ns，从生物酶分子动力学模拟轨迹中随机选取10
‑
30条酶构象。
[0014]优选的，生物酶分子动力学的模拟时长为30ns，从生物酶分子动力学模拟轨迹中随机选取20条酶构象。
[0015]在一些实施例中，所述关键原子为在酶催化反应过程中发生化学键形成或化学键断裂的原子。
[0016]在一些实施例中，库伦定律的计算公式为：
[0017][0018]其中，q是生物酶体系中各个原子的电荷，k是库伦常数，是每个原子到计算点的向量，d是沿两个关键原子方向的单位向量。IEF的单位为MV/cm。
[0019]第二方面，本专利技术提供一种生物酶多构象动态电场的构建系统，包括预处理模块，被设置为获取生物酶体系中各原子的电荷和分子动力学模拟轨迹多构象中各个原子的空间位置坐标；
[0020]关键原子选定模块，被设置为确定生物酶在酶催化反应过程中的两个关键原子的坐标；
[0021]结果输出模块，被设置为提交包含生物酶分子动力学模拟计算数据的文件，计算输出生物酶体系各部分对计算点产生的电场强度。
[0022]第三方面，本专利技术提供一种终端设备，包括处理器和存储器；所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
[0023]所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行所述生物酶多构象动态电场的构建方法。
[0024]第四方面，本专利技术提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述生物酶多构象动态电场的构建方法的步骤。
[0025]上述本专利技术的一种或多种实施例取得的有益效果如下：
[0026]计算速度快，结果更加准确，可以定量计算出生物酶体系各个部分具体贡献的电场强度；
[0027]人工操作少，极大的节省人力资源，计算结果受人为因素影响小；
[0028]可以高通量分析多个生物酶构象的电场强度，极大的提高了计算效率。
附图说明
[0029]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0030]图1为本专利技术的计算流程示意图。
[0031]图2为本专利技术的批量处理流程图。
具体实施方式
[0032]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0033]实施例
[0034]如图1和图2所示，一种生物酶多构象动态电场的构建方法，包括以下步骤：
[0035]步骤1，获取待计算生物酶体系各个原子的电荷以及分子动力学模拟轨迹多构象中各个原子的空间位置坐标；生物酶分子动力学模拟轨迹中的原子电荷和空间位置坐标包含蛋白质残基、溶剂环境、反应底物和中和离子四部分数据。当然，在其他实施例中，也可以
根据具体的需求增加或减少生物酶体系中同一部分原子的电荷和空间位置坐标数据。生物酶分子动力学模拟时长为30ns，从生物酶分子动力学模拟轨迹中随机选取20条酶构象。
[0036]步骤2，确定参与酶催化反应过程的两个关键原子坐标，关键原子是指在生物酶催化反应中涉及到化学键形成和化学键断裂的两个原子。
[0037]步骤3中批量提交待测生物酶分子动力学计算文件，通过已编写的指令对输入文件数据进行计算处理。最后经一系列计算处理得到该生物酶多个酶构象的不同组成部分在所选计算点上的电场强度变化情况。
[0038]编写的指令内容包括利用空间两点的中点坐标公式计算选定的两个关键原子中点的空间位置坐标，并将该中点作为计算点，基于获取的生物酶环境各个原子的电荷、空间位置坐标、生物酶环境库伦常数k以及两个关键原子中心点的坐标，利用库伦定律得到生物酶体系各个原子在计算点上沿两个关键原子方向的电场强度，将得到的各个原子的电场根据其所述的分类分别进行求和处理。
[0039]库伦定律的计算公式如下：
[0040][0041]其中，q是生物酶体系中各个原子的电荷，k是库伦常数，是每个原子到计算点的向量，d是沿两个关键原子方向的单位向量。IEF的单位为MV/cm。F
IEF
为正值表明电场方向与计算方向相同，F
IEF
为负值表明电场方向与计算方向相反。
[0042]一种生物酶多构象动态电场的构建系统，包括预处理模块，被设置为获取生物酶体系中各原子的电荷和分子动力学模拟轨迹多构象中各个原子的空间位置坐标；
[0043]关键原子选定模块，被设置为确定生物酶在酶催化反应过程中的两个关键原子的坐标；
[0044]结果输出模块，被设置为提交包含本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物酶多构象动态电场的构建方法，其特征在于：包括如下步骤：获取生物酶体系中各原子的电荷和分子动力学模拟轨迹多构象中各个原子的空间位置坐标；确定生物酶在酶催化反应过程中的两个关键原子的坐标；批量提交包含生物酶分子动力学模拟计算数据的文件，利用空间两点的中点坐标计算所述两个关键原子的中点的空间位置坐标，并将该中点作为计算点，基于获取的生物酶体系各个原子的电荷、空间位置坐标、库伦常数以及两个关键原子中心点的坐标，采用库伦定律计算输出生物酶体系各个部分对计算点产生的电场强度。2.根据权利要求1所述的生物酶多构象动态电场的构建方法，其特征在于：生物酶体系中各原子的电荷和空间位置坐标包括蛋白质残基、溶剂环境、反应底物以及中和离子四部分数据。3.根据权利要求1所述的生物酶多构象动态电场的构建方法，其特征在于：将不同类别的原子电场强度进行加和处理，得到各个类别原子在计算点所产生的电场强度值。4.根据权利要求1所述的生物酶多构象动态电场的构建方法，其特征在于：生物酶分子动力学的模拟时长为20
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40ns，从生物酶分子动力学模拟轨迹中随机选取10
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30条酶构象。5.根据权利要求4所述的生物酶多构象动态电场的构建方法，其特征在于：生物酶分子动力学的模拟时长为30ns，从生物酶分子动力学模...

【专利技术属性】
技术研发人员：李延伟，郑明娜，李田帅，侯泽茜，王宁茹，张庆竹，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：