蛋白-配体分子分析系统及分析方法与流程

本发明涉及生物信息学，且特别是有关于一种蛋白-配体分子分析系统及分析方法。

背景技术：

1、随着生物信息学和计算生物学的飞速发展，蛋白质结构研究迎来了前所未有的机遇。当前，研究人员通常从蛋白质数据库（protein data bank, pdb）中获取蛋白质晶体结构，并借助分子动力学模拟（molecular dynamics simulation, md）对其进行深入研究。md模拟能在生理条件下再现蛋白质的运动状态，揭示其构象变化及内部动态行为。这对理解蛋白质功能及其与配体的相互作用机制至关重要，并能显著提升药物筛选效率、缩短研发周期。但在利用pdb 数据库研究时，多通过pymol工具观察静态晶体结构，难以呈现蛋白质与配体动态结合过程。如果药化学家等想要观察上述动态过程需动用大量计算资源和复杂软件进行模拟与结果解读，极大增加了研究和应用的复杂性，阻碍了研究效率的进一步提升。

技术实现思路

1、本申请的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种蛋白-配体分子分析系统及分析方法。

2、第一方面，本申请提供了一种蛋白-配体分子分析系统，所述蛋白-配体分子分析系统包括：

3、存储模块，用于存储自动收集的晶体结构及用户主动上传的结构的结构数据；

4、预处理模块，用于对存储的所述结构数据进行数据分类及预处理，以得到重对接的构象；

5、分析模拟模块，用于基于所述重对接的构象进行分子动力学模拟；

6、检索模块，用于输入目标蛋白或目标配体分子，并至少搜索所述目标蛋白或所述目标配体分子对应的分子动力学模拟结果；

7、可视化模块，用于至少将所述目标蛋白的分子动力学模拟结果或所述目标配体分子的分子动力学模拟结果进行动态展示。

8、可选地，所述预处理模块包括：

9、分类单元，用于对存储的所述结构数据进行分类；

10、蛋白结构预处理单元，用于对分类后的所述结构数据中的蛋白结构进行预处理；

11、配体分子预处理单元，用于对分类后的所述结构数据中的配体分子进行预处理；

12、重对接处理单元，用于基于预处理后的蛋白结构及预处理后的配体分子对接得到构象群，并从所述构象群中选取均方根偏差最小的构象作为重对接的构象。

13、可选地，所述分析模拟模块包括：

14、分子动力学模拟单元，用于基于所述重对接的构象进行分子动力学模拟，以得到轨迹文件和拓扑文件；

15、分析单元，用于对所述轨迹文件及所述拓扑文件进行分析，得到所述配体分子的稳定性、所述蛋白结构的稳定性结果、所述配体分子与所述蛋白结构之间氢键情况、所述配体分子与所述蛋白结合的自由能及所述配体分子与所述蛋白结构的自由能势景图。

16、可选地，所述预处理模块还得到重对接的蛋白质-化合物复合物结构或蛋白质空腔结构；所述检索模块还用于搜索所述目标蛋白或所述目标配体分子对应的蛋白质-化合物结构或蛋白质空腔结构；所述可视化模块还用于将所述目标蛋白和所述目标配体分子对应的蛋白质-化合物结构或蛋白质空腔结构进行平移、旋转、放大、缩小或点击后进行静态展示或动态模拟。

17、可选地，所述蛋白-配体分子分析系统还包括：

18、定制化模块，所述定制化模块用于提交自定义的蛋白质-化合物结构；所述预处理模块还用于对自定义的蛋白质-化合物结构进行预处理；所述分析模拟模块还用于对预处理后的自定义的蛋白质-化合物结构进行分子动力学模拟；所述可视化模块还用于对自定义的蛋白质-化合物结构的分子动力学模拟结果进行动态展示，并对预处理后的自定义的蛋白质-化合物结构进行静态展示。

19、第二方面，本申请还提供了一种蛋白-配体分子分析方法，所述蛋白-配体分子分析方法包括：

20、获取自动收集的晶体结构及用户主动上传的结构的结构数据并存储；

21、对存储的所述结构数据进行数据分类及预处理，以得到重对接的构象；

22、基于所述重对接的构象进行分子动力学模拟；

23、输入目标蛋白或目标配体分子，并搜索所述目标蛋白或所述目标配体分子对应的分子动力学模拟结果；

24、将所述目标蛋白的分子动力学模拟结果或所述目标配体分子的分子动力学模拟结果进行动态展示。

25、可选地，所述对存储的所述结构数据进行数据分类及预处理，以得到重对接的构象，包括：

26、对存储的所述结构数据进行分类；

27、对分类后的结构数据中的蛋白结构进行预处理；

28、对分类后的结构数据中的配体分子进行预处理；

29、基于预处理后的蛋白结构及预处理后的配体分子对接得到构象群，并从所述构象群中选取均方根偏差最小的构象作为重对接的构象。

30、可选地，所述基于所述重对接的构象进行分子动力学模拟之后，得到轨迹文件和拓扑文件；所述基于所述重对接的构象进行分子动力学模拟之后，还包括：

31、对所述轨迹文件及所述拓扑文件进行分析，得到所述配体分子的稳定性、所述蛋白结构的稳定性结果、所述配体分子与所述蛋白结构之间氢键情况、所述配体分子与所述蛋白结合的自由能及所述配体分子与所述蛋白结构的自由能势景图。

32、可选地，对存储的所述结构数据进行数据分类及预处理之后，还得到重对接的蛋白质-化合物复合物结构或蛋白质空腔结构；所述蛋白质-配体分子分析方法还包括：

33、搜索所述目标蛋白或所述目标配体分子对应的蛋白质-化合物结构或蛋白质空腔结构；将所述目标蛋白或所述目标配体分子对应的蛋白质-化合物结构或蛋白质空腔结构进行平移、旋转、放大、缩小或点击后进行静态展示或动态模拟。

34、可选地，所述蛋白质-配体分子分析方法还包括：

35、提交自定义的蛋白质-化合物结构；

36、对自定义的蛋白质-化合物结构进行预处理；

37、对预处理后的自定义的蛋白质-化合物结构进行分子动力学模拟；

38、对自定义的蛋白质-化合物结构的分子动力学模拟结果进行动态展示，并对预处理后的自定义的蛋白质-化合物结构进行静态展示。

39、本申请提供了一种蛋白-配体分子分析系统及分析方法，通过获取自动收集晶体结构及主动上传的结构的结构数据，并将结构数据进行分类及预处理后进行分子动力学模拟，在输入目标蛋白或目标配体分子后，可以将目标蛋白或目标配体分子的分子动力学模拟结果进行动态展示；通过自由能势景图，能够直观了解分子在不同结合路径和构象下的自由能变化，识别关键的结合路径和能量障碍；通过搜索，能够在数据库中查找几何特征相似的化合物及其结合的蛋白质，从而可以识别潜在的多靶点或脱靶风险，为药物研发提供新的方向和策略。

40、为让发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

1.一种蛋白-配体分子分析系统，其特征在于，所述蛋白-配体分子分析系统包括：

2.根据权利要求1所述的蛋白-配体分子分析系统，其特征在于，所述预处理模块包括：

3.根据权利要求2所述的蛋白-配体分子分析系统，其特征在于，所述分析模拟模块包括：

4.根据权利要求3所述的蛋白-配体分子分析系统，其特征在于，所述预处理模块还得到重对接的蛋白质-化合物复合物结构或蛋白质空腔结构；所述检索模块还用于搜索所述目标蛋白或所述目标配体分子对应的蛋白质-化合物结构或蛋白质空腔结构；所述可视化模块还用于将所述目标蛋白和所述目标配体分子对应的蛋白质-化合物结构或蛋白质空腔结构进行平移、旋转、放大、缩小或点击后进行静态展示或动态模拟。

5.根据权利要求4所述的蛋白-配体分子分析系统，其特征在于，所述蛋白-配体分子分析系统还包括：

6.一种蛋白-配体分子分析方法，其特征在于，所述蛋白-配体分子分析方法包括：

7.根据权利要求6所述的蛋白-配体分子分析方法，其特征在于，所述对存储的所述结构数据进行数据分类及预处理，以得到重对接的构象，包括：

8.根据权利要求7所述的蛋白-配体分子分析方法，其特征在于，所述基于所述重对接的构象进行分子动力学模拟之后，得到轨迹文件和拓扑文件；所述基于所述重对接的构象进行分子动力学模拟之后，还包括：

9.根据权利要求8所述的蛋白-配体分子分析方法，其特征在于，对存储的所述结构数据进行数据分类及预处理之后，还得到重对接的蛋白质-化合物复合物结构或蛋白质空腔结构；所述蛋白质-配体分子分析方法还包括：

10.根据权利要求9所述的蛋白-配体分子分析方法，其特征在于，所述蛋白质-配体分子分析方法还包括：