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遗传算法是一种概率性搜寻算法,其基本的思想是模拟自然界的进化过程,
通过将生物进化过程中适者生存规则与群体内部染色体的随机信息交换机制相
结合来重新结合那些适应性好地解,以寻求问题的最佳解。由 Glover 等人提出
的禁忌搜索是近年来涌现的一种优秀的组合优化算法,它在许多问题上取得了
优于其它方法的结果,而且容易越过局部最优,正在引起人们的越来越大的重
视。近年来两种算法都有很大的发展,如数值遗传算法和活跃禁忌搜索都是比
较优秀的搜索算法。本文中研究了这两种算法,将最近发展的数值遗传算法和
禁忌搜索有机的结合起来,提出了一种数值遗传算法结合禁忌搜索的新算法,
并取得了一定的成功。
计算机辅助药物设计是近年来研究活跃的一门学科。它是以实验事实为基
础,采用理论计算手段来预测生物大分子的结构、药物分子的活性或模拟分子
之间的相互作用,指导和辅助药物分子的设计与开发。随着 X 射线衍射和二维
核磁共振光谱技术的发展,越来越多的蛋白质分子的高解析度三维结构得到认
识,使得基于结构的药物分子设计越来越受到重视。分子对接程序是用来预测
小分子绑定在大分子的孔穴中的方式,它的目标之一是预测一个小分子是否或
怎样和大分子底物相互作用。如果用这种方法处理一个分子结构库就可从库中
筛选分子,这显然起到一种预选具有生物活性的药物分子的作用。
本文中研究了将数值遗传算法和禁忌搜索的两种组合策略,并将其引入计
算机辅助药物设计中。我们将数字遗传算法结合禁忌搜索应用在一个分子对接
程序 Autodock 中,将其改写在 PC 机上运行,并在 Redhat Linux 操作系统下运
行,将运行时间大大减少。我们将改进的程序用于实际的分子对接中,首先,
我们计算了 Autodock 提供的β-胰蛋白酶/苯甲咪体系和 HIV-1 蛋白酶/XK-263
体系,检验我们程序的正确性,也表明了我们程序比原算法具有更快的运算速
度;然后实际计算了 Gold 程序计算的一组有 83 种蛋白质及其配体的复合物的
对接,并且在最低能量、RMSD 以及运行时间上进行了一些讨论和与 Autodock
与其他的方法作了一些对比;最后我们并选择了十一种乙酰胆碱酯酶抑制剂
(Athe)作为柔性配体与其进行对接,并且探究这些药物分子对乙酰胆碱酯酶的
抑制作用(用 ICs0 值表征)与其同乙酰胆碱酯酶大分子对接后的最低自由能之间
的规律。然后将这一规律用于预测 GBE 中的黄酮母环分子对乙酰胆碱酯酶的抑
制作用并对其药效进行了估计。通过这些实际例子的计算,证明了我们的算法
具有更高的成功率、更小的局限性和更少的计算时间。