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月球上的南瓜
2 年前
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    对于蛋白质等分子稳定性的评估主要通过对体系能量的计算实现。目前对于蛋白质等生物大分子体系能量的计算主要有分子动力学（MD）等力场方法和密度泛函理论（DFT）等第一性原理计算方法两种。传统分子动力学模拟基于牛顿力学和预先准备的力场参数来模拟分子体系的运动、计算体系的势能，进而计算体系的热力学性质。但是由于分子动力学依赖经验得到的力场参数，通常不同体系的力场参数也会有区别，进一步限制了计算精度。而密度泛函等第一性原理计算方法可以从量子力学出发计算蛋白质体系的能量，而不需要依赖经验参数。密度泛函计算的精度非常高，能够准确预测各种分子体系的能量和受力情况，从而计算体系的各种性质。但是，由于第一性与原理计算考虑了相当多的微观特征，导致计算过程的时间损耗和算力损耗相当大，即使算力很高的高性能服务器也常常以天为单位计算，甚至超过一个月。同时，量子计算的计算复杂度随体系的增大而快速增加，从而导致蛋白质等生物大分子体系,尤其是酶蛋白、工业酶等分子通常由成千上万个原子组成，很难高效的应用第一性原理计算。此外，第一性原理计算的运用需要一定的量子力学知识，这使得部分对第一性原理不熟悉的生物化学科研工作者难以高效准确的运用第一性原理进行蛋白质体系计算。为了更高效应用第一性原理计算，我们设计一种分块方法并将其引入到大分子体系的计算中，通过将蛋白质体系分解成大量包含单体和二体的残基分块，再通过第一性原理计算残基分块的能量，最后通过分块算法整合计算得到整个蛋白质体系的能量和受力情况，计算精度可以非常接近全体系量子计算同时计算效率相比全体系计算大幅度提高，对于快速评估酶蛋白等大尺度蛋白质体系具有较高的实用价值。本软件为生物化学研究者提供一种快速评估蛋白质分子稳定性的方法，通过高斯09计算软件和蛋白质分块方法大幅度提高计算蛋白质大分子体系能量的效率，同时计算精度可以达到全体系计算的第一性原理（DFT）精度。体系能量越低蛋白质分子就越稳定，同时软件提供对蛋白质所有原子的受力分析。
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    对于蛋白质等分子稳定性的评估主要通过对体系能量的计算实现。目前对于蛋白质等生物大分子体系能量的计算主要有分子动力学（MD）等力场方法和密度泛函理论（DFT）等第一性原理计算方法两种。传统分子动力学模拟基于牛顿力学和预先准备的力场参数来模拟分子体系的运动、计算体系的势能，进而计算体系的热力学性质。但是由于分子动力学依赖经验得到的力场参数，通常不同体系的力场参数也会有区别，进一步限制了计算精度。而密度泛函等第一性原理计算方法可以从量子力学出发计算蛋白质体系的能量，而不需要依赖经验参数。密度泛函计算的精度非常高，能够准确预测各种分子体系的能量和受力情况，从而计算体系的各种性质。但是，由于第一性与原理计算考虑了相当多的微观特征，导致计算过程的时间损耗和算力损耗相当大，即使算力很高的高性能服务器也常常以天为单位计算，甚至超过一个月。同时，量子计算的计算复杂度随体系的增大而快速增加，从而导致蛋白质等生物大分子体系很难高效的应用第一性原理计算。此外，第一性原理计算的运用需要一定的量子力学知识，这使得部分对第一性原理不熟悉的生物化学科研工作者难以高效准确的运用第一性原理进行蛋白质体系计算。为了更高效应用第一性原理计算，一些分块方法被引入到大分子体系的计算中，通过将蛋白质体系分解成大量包含单体和二体的残基分块，通过第一性原理计算残基分块的能量，再通过算法整合计算得到整个蛋白质体系的能量和受力情况，计算精度可以接近全体系量子计算同时计算效率有效提高。但是对于成千上万原子的蛋白质大分子体系，分解出的残基分块数量巨大，整个体系的计算效率虽然得到大幅度提高，但仍然无法和分子动力学相提并论。对于蛋白质折叠等大体系大时间尺度的模拟计算，这种计算量仍然超出实际应用价值。本软件为生物化学研究者提供一种快速评估蛋白质分子稳定性的方法，通过机器学习模型和蛋白质分块方法大幅度提高计算蛋白质大分子体系能量的效率，同时计算精度可以达到全体系DFT精度。体系能量越低蛋白质分子就越稳定，同时软件提供对蛋白质所有原子的受力分析。 为维护您自身权益，建议您务必仔细阅读各条款具体表述。
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