Реалізація методу орбітального графа для розрахунку часткових атомних зарядів
РЕЗЮМЕ
Часткові атомні заряди – одна з найголовніших властивостей ліганду, яка використовується для моделювання молекулярних взаємодій у методах молекулярного докінгу і віртуального скринінгу. В нашій системі віртуального скринінгу ми застосовуємо методику оцінки часткових атомних зарядів, запропоновану О. Оліференком [1]. Ця методика моделює орбітальні електронні взаємодії за допомогою топологічного графа еквівалентної електричної схеми і розраховує часткові атомні заряди шляхом урівноваження орбітальних електронегативностей. Нами було порівняно точність розрахунків для моделі орбітального і молекулярного графа, а також напівемпіричного методу AM1.
ТЕОРІЯ
Закон Ома:
де Y – матриця провідності, Ф – вектор потенціалів, J – вектор струмів.
Розв’язок рівняння в матричній формі:
де D – діагональна матриця порядків вершин у графі, A – матриця зв’язності графа, I – одинична матриця того самого порядку, що і A та D.
де X – урівноважена електронегативність, X0 – табличне значення електронегативності.
Модель орбітального графа:
де D – множник нормалізації, q – заряд на орбіталі, χ – електронегативність орбіталі, η – жорсткість орбіталі, E – енергія атома, IP – потенціал іонізації, EA – спорідненість до електрона.
Модель молекулярного графа:
де m – фактор нормалізації, qi – заряд атома, X0 – табличне значення атомної електронегативності.РЕЗУЛЬТАТИ
Найвищої точності досягнуто із залученням методу молекулярного графа. За точність методу використано значення індексу кореляції між значенням оціночної функції методу молекулярного докінгу і натуральним логарифмом залишкової ферментативної активності в присутності 30 мМ інгібітору.
Залежність точності передбачення методу молекулярного докінгу від значення коефіцієнта врахування електростатичних взаємодій (для моделі молекулярного графа).
Найбільше значення індексу кореляції для моделі молекулярного графа склало 3.643e-2 (точка 2.4), для моделі орбітального графа – 3.169e-2 (точка 1.0), для методу АМ1 – 3.624e-2 (точка 0.6).
ПРОГРАМНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ
Реалізація методу орбітального графа для розрахунку часткових атомних зарядів розроблена як частина y_system – програмного комплексу для рецептор-орієнтованого віртуального скинінгу з підтримкою розподілених розрахунків. Проект започатковано восени 2004 року, зараз він знаходиться в стадії розробки. Ядром y_system є ефективний механізм обміну даними між програмою-драйвером бази даних і програмами різноманітних обчислювальних плагінів. Нижче подано схематичне зображення y_system:
Y_system написана на С під операційну систему Linux. Її основні властивості:
1. Об’єднаний драйвер бази даних, що надає доступ до масивів молекулярних координат, молекулярних структур, таблиць QSAR і т.д.
2. Підтримка розподілених розрахунків
3. Обробка молекулярних структур
4. Ентропійно-орієнтована оціночна функція для рецептор-орієнтованого віртуального скринінгу
ТЕХНІЧНА БАЗА
У розпорядженні нашої лабораторії знаходиться комп'ютерний кластер, який складається з 8 одиниць (комп'ютери P4 3.2GHz, 1Gb of memory, Linux OS). Кластер працює під контролем програми Y_system і застосовується для обчислювальних потреб групи (переважно для рецептор-орієнтованого віртуального скринінгу та розрахунків молекулярної динаміки).
ПОСИЛАННЯ:1. Oliferenko A.A., Krylenko P.V., Palyulin V.A. and Zefirov N.S. A new scheme for electronegativity equalization as a source of electronic descriptors: application to chemical reactivity. SAR and QSAR in Environmental Research, Vol. 13 (2), (2002) 297305
© ВІДДІЛ КОМБІНАТОРНОЇ ХІМІЇ
