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JP5970809B2 - Stable bond structure search method, program, and information processing apparatus - Google Patents
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Stable bond structure search method, program, and information processing apparatus Download PDF

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Description

本発明は安定結合構造探索方法、プログラムおよび情報処理装置に関する。   The present invention relates to a stable bond structure search method, a program, and an information processing apparatus.

水中におけるタンパク質と化合物分子の安定結合構造を探索する方法が知られている。
古典分子動力学法(MD法:Molecular Dynamics Method)においては粒子間にはたらく相互作用が所定のポテンシャル関数として設定または仮定される。例えば粒子間の結合がバネ接続であるなどというように仮定して、その結合力を表すためのポテンシャル関数が定義される。
A method for searching for a stable binding structure between a protein and a compound molecule in water is known.
In the classical molecular dynamics method (MD method: Molecular Dynamics Method), an interaction between particles is set or assumed as a predetermined potential function. For example, assuming that the coupling between particles is a spring connection, a potential function for expressing the coupling force is defined.

特開2011−221868号公報JP 2011-221868 A

安定結合構造を探索する方法として、多くの基準構造を用意しておいて、独立に構造探索を行い、その中でポテンシャル(位置)エネルギーの低いものを探索する方法を考える。この方法では、全ての基準構造を探索するため、処理に時間がかかるという問題がある。   As a method for searching for a stable bond structure, a method is considered in which many reference structures are prepared, a structure search is performed independently, and a low potential (position) energy is searched. In this method, since all the reference structures are searched, there is a problem that processing takes time.

1つの側面では、本発明は、安定結合構造の検索時間を短縮することを目的とする。   In one aspect, the present invention aims to shorten the search time for a stable bond structure.

上記目的を達成するために、開示の安定結合構造探索方法が提供される。この安定結合構造探索方法は、コンピュータが、第1の物質と第2の物質との第1の相互作用により第1の物質と第2の物質とを備える基準構造の初期運動量分布が変化した第1の構造の第1の位置エネルギーと、第1の物質と第2の物質との第1の相互作用より大きい第2の相互作用により基準構造の初期運動量分布が変化した第2の構造の第2の位置エネルギーとを計算し、計算された第1の位置エネルギーと第2の位置エネルギーの値を比較し、比較した値の小さい方の構造を第2の相互作用により初期運動量分布を変化させた構造の位置エネルギーを計算する際の基準構造に決定する、処理を実行する。 In order to achieve the above object, the disclosed stable bond structure searching method is provided. In this stable bond structure search method, the computer has the first momentum distribution of the reference structure including the first substance and the second substance changed by the first interaction between the first substance and the second substance. a first potential energy of one structure, the first material and a second structure initial momentum distribution has changed the reference structure by a second interacting greater than the first interaction with the second material first 2 is calculated, the calculated first potential energy and the second potential energy are compared, and the structure having the smaller compared value is changed in the initial momentum distribution by the second interaction. The process of determining the reference structure for calculating the potential energy of the structure is executed.

1態様では、安定結合構造の検索時間を短縮することができる。   In one embodiment, the search time for a stable bond structure can be shortened.

実施の形態の情報処理装置のハードウェア構成を示す図である。It is a figure which shows the hardware constitutions of the information processing apparatus of embodiment. 実施の形態の情報処理装置の機能を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function of the information processing apparatus of embodiment. 探索プロセスを説明する図である。It is a figure explaining a search process. 情報処理装置が実行する処理の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the process which information processing apparatus performs. 情報処理装置の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of information processing apparatus. 比較例を示す図である。It is a figure which shows a comparative example. 実施の形態の情報処理装置の処理結果を示す図である。It is a figure which shows the processing result of the information processing apparatus of embodiment.

以下、実施の形態の情報処理装置を、図面を参照して詳細に説明する。
<実施の形態>
図1は、実施の形態の情報処理装置のハードウェア構成を示す図である。
Hereinafter, an information processing apparatus according to an embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
<Embodiment>
FIG. 1 is a diagram illustrating a hardware configuration of the information processing apparatus according to the embodiment.

情報処理装置10は、CPU(Central Processing Unit)101によって装置全体が制御されている。CPU101には、バス108を介してRAM(Random Access Memory)102と複数の周辺機器が接続されている。   The information processing apparatus 10 is entirely controlled by a CPU (Central Processing Unit) 101. A RAM (Random Access Memory) 102 and a plurality of peripheral devices are connected to the CPU 101 via a bus 108.

RAM102は、情報処理装置10の主記憶装置として使用される。RAM102には、CPU101に実行させるOS(Operating System)のプログラムやアプリケーションプログラムの少なくとも一部が一時的に格納される。また、RAM102には、CPU101による処理に使用する各種データが格納される。   The RAM 102 is used as a main storage device of the information processing apparatus 10. The RAM 102 temporarily stores at least part of an OS (Operating System) program and application programs to be executed by the CPU 101. The RAM 102 stores various data used for processing by the CPU 101.

バス108には、ハードディスクドライブ103、グラフィック処理装置104、入力インタフェース105、ドライブ装置106、および通信インタフェース107が接続されている。   A hard disk drive 103, graphic processing device 104, input interface 105, drive device 106, and communication interface 107 are connected to the bus 108.

ハードディスクドライブ103は、内蔵したディスクに対して、磁気的にデータの書き込みおよび読み出しを行う。ハードディスクドライブ103は、情報処理装置10の二次記憶装置として使用される。ハードディスクドライブ103には、OSのプログラム、アプリケーションプログラム、および各種データが格納される。なお、二次記憶装置としては、フラッシュメモリ等の半導体記憶装置を使用することもできる。   The hard disk drive 103 magnetically writes data to and reads data from a built-in disk. The hard disk drive 103 is used as a secondary storage device of the information processing apparatus 10. The hard disk drive 103 stores an OS program, application programs, and various data. As the secondary storage device, a semiconductor storage device such as a flash memory can be used.

グラフィック処理装置104には、モニタ104aが接続されている。グラフィック処理装置104は、CPU101からの命令に従って、画像をモニタ104aの画面に表示させる。モニタ104aとしては、CRT(Cathode Ray Tube)を用いた表示装置や、液晶表示装置等が挙げられる。   A monitor 104 a is connected to the graphic processing device 104. The graphic processing device 104 displays an image on the screen of the monitor 104a in accordance with a command from the CPU 101. Examples of the monitor 104a include a display device using a CRT (Cathode Ray Tube) and a liquid crystal display device.

入力インタフェース105には、キーボード105aとマウス105bとが接続されている。入力インタフェース105は、キーボード105aやマウス105bから送られてくる信号をCPU101に送信する。なお、マウス105bは、ポインティングデバイスの一例であり、他のポインティングデバイスを使用することもできる。他のポインティングデバイスとしては、例えばタッチパネル、タブレット、タッチパッド、トラックボール等が挙げられる。   A keyboard 105 a and a mouse 105 b are connected to the input interface 105. The input interface 105 transmits signals sent from the keyboard 105a and the mouse 105b to the CPU 101. Note that the mouse 105b is an example of a pointing device, and other pointing devices can also be used. Examples of other pointing devices include a touch panel, a tablet, a touch pad, and a trackball.

ドライブ装置106は、例えば、光の反射によって読み取り可能なようにデータが記録された光ディスクや、USB(Universal Serial Bus)メモリ等の持ち運び可能な記録媒体に記録されたデータの読み取りを行う。例えば、ドライブ装置106が光学ドライブ装置である場合、レーザ光等を利用して、光ディスク200に記録されたデータの読み取りを行う。光ディスク200には、Blu−ray(登録商標)、DVD(Digital Versatile Disc)、DVD−RAM、CD−ROM(Compact Disc Read Only Memory)、CD−R(Recordable)/RW(ReWritable)等が挙げられる。   The drive device 106 reads data recorded on a portable recording medium such as an optical disc on which data is recorded so as to be readable by reflection of light or a USB (Universal Serial Bus) memory. For example, when the drive device 106 is an optical drive device, data recorded on the optical disc 200 is read using a laser beam or the like. Examples of the optical disc 200 include Blu-ray (registered trademark), DVD (Digital Versatile Disc), DVD-RAM, CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory), CD-R (Recordable) / RW (ReWritable), and the like. .

通信インタフェース107は、ネットワーク50に接続されている。通信インタフェース107は、ネットワーク50を介して、他のコンピュータまたは通信機器との間でデータを送受信する。   The communication interface 107 is connected to the network 50. The communication interface 107 transmits / receives data to / from other computers or communication devices via the network 50.

以上のようなハードウェア構成によって、本実施の形態の処理機能を実現することができる。図1に示すようなハードウェア構成の情報処理装置10内には、以下のような機能が設けられる。   With the hardware configuration as described above, the processing functions of the present embodiment can be realized. The following functions are provided in the information processing apparatus 10 having a hardware configuration as shown in FIG.

図2は、実施の形態の情報処理装置の機能を示すブロック図である。
情報処理装置10は、分子動力学法を用いて水中におけるタンパク質および化合物分子の静的、動的安定結合構造を探索する。
FIG. 2 is a block diagram illustrating functions of the information processing apparatus according to the embodiment.
The information processing apparatus 10 searches for a static and dynamic stable bond structure of protein and compound molecules in water using a molecular dynamics method.

情報処理装置10は、パラメータ受付部11と、計算部12と、構造発生部13と、比較部14と、収束判断部15と、構造記憶部16とを有している。
パラメータ受付部11は、安定結合構造を探索する探索対象の各物質および溶媒の各構成原子の三次元座標(x,y,z)および運動量(px,py,pz)の入力を受け付ける。
The information processing apparatus 10 includes a parameter reception unit 11, a calculation unit 12, a structure generation unit 13, a comparison unit 14, a convergence determination unit 15, and a structure storage unit 16.
The parameter accepting unit 11 accepts input of three-dimensional coordinates (x, y, z) and momentum (px, py, pz) of each constituent atom of each substance and solvent to be searched for a stable bond structure.

図3は、探索プロセスを説明する図である。
本実施の形態では、タンパク質21と、化合物分子22が、水等の溶媒23中で相互作用している系で、タンパク質21と化合物分子22とが結合する場合の安定結合状態を求める。タンパク質21と化合物分子22は、それぞれ第1の物質と第2の物質の一例である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the search process.
In the present embodiment, a stable binding state in the case where the protein 21 and the compound molecule 22 are combined in a system in which the protein 21 and the compound molecule 22 interact in a solvent 23 such as water is obtained. The protein 21 and the compound molecule 22 are examples of the first substance and the second substance, respectively.

再び図2に戻って説明する。
計算部12は、着目するタンパク質21と化合物分子22および溶媒23間の相互作用エネルギーをλ(0≦λ≦1)倍する。計算部12は、λ=0から徐々に(本実施の形態では、0.1倍刻みに)相互作用エネルギーを増加させてポテンシャルエネルギーを計算する。
Returning again to FIG.
The calculation unit 12 multiplies the interaction energy between the protein 21 of interest, the compound molecule 22 and the solvent 23 by λ (0 ≦ λ ≦ 1). The calculation unit 12 calculates the potential energy by gradually increasing the interaction energy from λ = 0 (in this embodiment, in increments of 0.1).

図4は、情報処理装置が実行する処理の一例を示す図である。
構造発生部13は、時刻t0において、パラメータ受付部11が受け付けたパラメータを用いてタンパク質21と、化合物分子22の基準構造x0を発生させる。時間の経過に応じてそれぞれの相互作用エネルギーにより、基準構造x0が変化する。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of processing executed by the information processing apparatus.
The structure generating unit 13 generates the protein 21 and the reference structure x 0 of the compound molecule 22 using the parameters received by the parameter receiving unit 11 at time t0. The reference structure x 0 changes with the interaction energy over time.

構造x1は、時刻t0と時刻t0から予め決定された一定時間(以下、単位時間という)経過した時刻t1との間で基準構造x0の相互作用エネルギーλ=0.1倍の構造を示している。構造x2は、時刻t0−t1間で基準構造x0の相互作用エネルギーλ=0.2倍の構造を示している。 The structure x 1 indicates a structure having an interaction energy λ = 0.1 times that of the reference structure x 0 between time t 0 and time t 1 after a predetermined time (hereinafter referred to as unit time) has elapsed from time t 0. ing. The structure x 2 shows a structure having an interaction energy λ = 0.2 times that of the reference structure x 0 between times t0 and t1.

計算部12は、時刻t1において、構造x1および構造x2のポテンシャルエネルギーを計算する。
ここで、計算部12は、ポテンシャルエネルギーの計算の際、相互作用エネルギーλ=0.2倍を用いる。以下、ポテンシャルエネルギーの計算の際、相互作用エネルギーλ=0.2倍を用いた構造x1のポテンシャルエネルギーをU(x1,0.2)とする。ポテンシャルエネルギーの計算の際、相互作用エネルギーλ=0.2倍を用いた構造x2のポテンシャルエネルギーをU(x2,0.2)とする。
The calculation unit 12 calculates the potential energy of the structure x 1 and the structure x 2 at time t1.
Here, the calculation unit 12 uses the interaction energy λ = 0.2 times when calculating the potential energy. Hereinafter, in calculating the potential energy, the potential energy of the structure x 1 using the interaction energy λ = 0.2 times is U (x 1 , 0.2). In calculating the potential energy, the potential energy of the structure x 2 using the interaction energy λ = 0.2 times is U (x 2 , 0.2).

比較部14は、構造x1のポテンシャルエネルギーU(x1,0.2)と構造x2のポテンシャルエネルギーU(x2,0.2)を比較する。図5に示す例では、構造x1のポテンシャルエネルギーU(x1,0.2)の方が構造x2のポテンシャルエネルギーU(x2,0.2)よりも低いものとする。この場合、比較部14は、時刻t1−t2間における相互作用エネルギーλ=0.2倍の基準構造に、ポテンシャルエネルギーが低い方の構造x1を採用する。 Comparing section 14, the potential energy U (x 1, 0.2) of the structure x 1 and potential energy U (x 2, 0.2) of the structural x 2 Compare. In the example shown in FIG. 5, it is assumed that the potential energy U (x 1 , 0.2) of the structure x 1 is lower than the potential energy U (x 2 , 0.2) of the structure x 2 . In this case, the comparison unit 14 employs the structure x 1 having the lower potential energy as the reference structure having the interaction energy λ = 0.2 times between the times t1 and t2.

収束判断部15は、計算部12が計算したポテンシャルエネルギーが、予め備える閾値以下であるか否かを判断する。そして、ポテンシャルエネルギーが、予め備える閾値以下である場合、ポテンシャルエネルギーが収束したと判断し、構造記憶部16に収束したと判断したポテンシャルエネルギーに対応する構造xを記憶する。以下、構造を区別しないときは、構造xという。   The convergence determination unit 15 determines whether or not the potential energy calculated by the calculation unit 12 is equal to or less than a predetermined threshold value. If the potential energy is equal to or less than the threshold value provided in advance, it is determined that the potential energy has converged, and the structure x corresponding to the potential energy determined to have converged is stored in the structure storage unit 16. Hereinafter, when the structure is not distinguished, it is referred to as a structure x.

他方、ポテンシャルエネルギーが、予め備える閾値より大きい場合、比較部14は、ポテンシャルエネルギーが低い方の構造x1を時刻t1−t2間における相互作用エネルギーλ=0.2倍、および0.3倍の基準構造に採用して探索を続ける。具体的には、計算部12は、時刻t1から単位時間経過した時刻t2の時点で、隣接する相互作用エネルギーλ=0.2倍の構造x11および相互作用エネルギーλ=0.3倍の構造x3それぞれのポテンシャルエネルギーを計算する。 On the other hand, when the potential energy is larger than the threshold value provided in advance, the comparison unit 14 determines that the structure energy x 1 with the lower potential energy is the interaction energy λ = 0.2 times and 0.3 times between the times t1 and t2. Adopt to the reference structure and continue searching. Specifically, the calculating unit 12, at the point of time t2 has elapsed unit of time from the time t1, the adjacent interaction energy lambda = 0.2 times the structures x 11 and the interaction energy lambda = 0.3 times the structure x 3 calculates the respective potential energy.

ここで、計算部12は、ポテンシャルエネルギーの計算の際、相互作用エネルギーλ=0.3倍を用いる。以下、ポテンシャルエネルギーの計算の際、相互作用エネルギーλ=0.3倍を用いた構造x11のポテンシャルエネルギーをU(x11,0.3)とする。ポテンシャルエネルギーの計算の際、相互作用エネルギーλ=0.3倍を用いた構造x3のポテンシャルエネルギーをU(x3,0.3)とする。 Here, the calculation unit 12 uses the interaction energy λ = 0.3 times when calculating the potential energy. Hereinafter, in calculating the potential energy, the potential energy of the structure x 11 using the interaction energy λ = 0.3 times is U (x 11 , 0.3). In the calculation of the potential energy, the potential energy of the structure x 3 using the interaction energy λ = 0.3 times is U (x 3 , 0.3).

比較部14は、構造x11のポテンシャルエネルギーU(x11,0.3)と構造x3のポテンシャルエネルギーU(x3,0.3)を比較する。仮に、ポテンシャルエネルギーU(x11,0.3)の方が低い場合、構造発生部13は、ポテンシャルエネルギーが低い方の構造x11を時刻t2−t3間における相互作用エネルギーλ=0.3倍および0.4倍の基準構造に採用する。 Comparing section 14, the potential energy U (x 11, 0.3) of the structural x 11 structure x 3 of the potential energy U (x 3, 0.3) are compared. If the potential energy U (x 11 , 0.3) is lower, the structure generating unit 13 converts the structure x 11 having the lower potential energy into an interaction energy λ = 0.3 times between times t2 and t3. And 0.4 times the standard structure.

このように、異なる相互作用エネルギーλで生成された構造同士を比較し、ポテンシャルエネルギーが低い方の構造を採用して探索を続けることにより、相互作用エネルギーλ=0.1倍にて発生させた構造xの他の相互作用エネルギーλ(図4ではλ=0.2、0.3倍)での探索が可能となる。従って、安定結合構造に到達する可能性を高めることができる。   In this way, the structures generated with different interaction energies λ are compared, and the structure with the lower potential energy is adopted and the search is continued to generate the interaction energy λ = 0.1 times. A search at another interaction energy λ of structure x (λ = 0.2, 0.3 times in FIG. 4) becomes possible. Therefore, the possibility of reaching a stable bond structure can be increased.

次に、情報処理装置の処理を、フローチャートを用いて説明する。
図5は、情報処理装置の処理を示すフローチャートである。
[ステップS1] パラメータ受け付け部11は、タンパク質21、化合物分子22および溶媒23の各構成原子の座標および運動量の入力を受け付ける。その後、ステップS2に遷移する。
Next, processing of the information processing apparatus will be described using a flowchart.
FIG. 5 is a flowchart showing processing of the information processing apparatus.
[Step S <b> 1] The parameter receiving unit 11 receives input of coordinates and momentum of each constituent atom of the protein 21, the compound molecule 22, and the solvent 23. Thereafter, the process proceeds to step S2.

[ステップS2] 計算部12は、相互作用エネルギーλ=0に設定する。その後、ステップS3に遷移する。
[ステップS3] 計算部12は、ステップS1にて受け付けた入力により生成した基準構造x0のポテンシャルエネルギーを計算する。具体的には、λHa+(1−λ)Hbを計算する。Ha、Hbは、ハミルトニアンである。その後、ステップS4に遷移する。
[Step S2] The calculation unit 12 sets the interaction energy λ = 0. Thereafter, the process proceeds to step S3.
[Step S3] calculating section 12 calculates the potential energy of the reference structure x 0 generated by input accepted at step S1. Specifically, λHa + (1−λ) Hb is calculated. Ha and Hb are Hamiltonians. Thereafter, the process proceeds to step S4.

[ステップS4] 計算部12は、相互作用エネルギーλに0.1を加える。その後、ステップS5に遷移する。
[ステップS5] 計算部12は、相互作用エネルギーλ=1倍か否かを判断する。相互作用エネルギーλ=1倍である場合(ステップS5のYes)、ステップS6に遷移する。λ=1倍ではなければ(ステップS5のNo)、ステップS3に遷移する。
[Step S4] The calculation unit 12 adds 0.1 to the interaction energy λ. Then, the process proceeds to step S5.
[Step S5] The calculation unit 12 determines whether or not the interaction energy λ = 1. If the interaction energy λ = 1 (Yes in step S5), the process proceeds to step S6. If not λ = 1 (No in step S5), the process proceeds to step S3.

[ステップS6] 構造発生部13は、分子動力学を用いて基準構造を発生させる。単位時間経過した後、ステップS7に遷移する。なお、後述するステップS10から遷移した場合、構造発生部13は、ステップS9にて変更された構造xを基準構造に用いる。   [Step S6] The structure generation unit 13 generates a reference structure using molecular dynamics. After the unit time has elapsed, the process proceeds to step S7. In addition, when it changes from step S10 mentioned later, the structure generation part 13 uses the structure x changed in step S9 for a reference | standard structure.

[ステップS7] 計算部12は、λ=iの構造xで、相互作用エネルギーλ=(i+1)倍のポテンシャルエネルギーU(λ(i))を計算する。また、計算部12は、相互作用エネルギーλ=(i+1)倍の構造xで相互作用エネルギーλ=(i+1)倍のポテンシャルエネルギーU(λ(i+1))を計算する。ここで、iは、初期値が0で0.1刻みずつ変化し、最大値は1である。例えば、相互作用エネルギーλi=0.1倍であれば、相互作用エネルギーλ(i+1)=0.2倍である。その後、ステップS8に遷移する。   [Step S7] The calculation unit 12 calculates the potential energy U (λ (i)) that is the interaction energy λ = (i + 1) times in the structure x of λ = i. In addition, the calculation unit 12 calculates the potential energy U (λ (i + 1)) which is the interaction energy λ = (i + 1) times with the structure x which is the interaction energy λ = (i + 1) times. Here, i has an initial value of 0 and changes in increments of 0.1, and the maximum value is 1. For example, if the interaction energy λi = 0.1 times, the interaction energy λ (i + 1) = 0.2 times. Thereafter, the process proceeds to operation S8.

[ステップS8] 比較部14は、ポテンシャルエネルギーU(λ(i+1))が、ポテンシャルエネルギーU(λ(i))より大きいか否かを判断する。ポテンシャルエネルギーU(λ(i+1))が、ポテンシャルエネルギーU(λ(i))より大きい場合(ステップS8のYes)、ステップS9に遷移する。ポテンシャルエネルギーU(λ(i+1))が、ポテンシャルエネルギーU(λ(i))以下である場合(ステップS8のNo)、ステップS10に遷移する。   [Step S8] The comparison unit 14 determines whether or not the potential energy U (λ (i + 1)) is larger than the potential energy U (λ (i)). When the potential energy U (λ (i + 1)) is larger than the potential energy U (λ (i)) (Yes in step S8), the process proceeds to step S9. When the potential energy U (λ (i + 1)) is equal to or lower than the potential energy U (λ (i)) (No in step S8), the process proceeds to step S10.

[ステップS9] 比較部14は、相互作用エネルギーλ=(i+1)倍で生成された構造xを相互作用エネルギーλ=iで生成された構造xに交換する。その後、ステップS10に遷移する。   [Step S9] The comparison unit 14 replaces the structure x generated with the interaction energy λ = (i + 1) times with the structure x generated with the interaction energy λ = i. Then, the process proceeds to step S10.

[ステップS10] 収束判断部15は、ステップS8にて比較した大きい方のポテンシャルエネルギーが予め用意された閾値より低いか否かを判断する。ポテンシャルエネルギーが予め用意された閾値より低い場合(ステップS10のYes)、ステップS11に遷移する。ポテンシャルエネルギーが予め用意された閾値以上である場合(ステップS10のNo)、ステップS6に遷移する。   [Step S10] The convergence determination unit 15 determines whether the larger potential energy compared in step S8 is lower than a threshold value prepared in advance. If the potential energy is lower than the threshold value prepared in advance (Yes in step S10), the process proceeds to step S11. If the potential energy is greater than or equal to the threshold value prepared in advance (No in step S10), the process proceeds to step S6.

[ステップS11] 収束判断部15は、構造記憶部16に収束時の構造xを記憶する。その後、図5の処理を終了する。
なお、図5に示す処理では、収束判断部15が予め用意された閾値を用いてポテンシャルエネルギーの収束を判断した。しかし、これに限らず、ステップS6〜S9の処理を繰り返しながらλ=1まで全てのポテンシャルエネルギーを計算し、計算が終了した時点でポテンシャルエネルギーが最も小さい構造xを構造記憶部16に記憶するようにしてもよい。
[Step S11] The convergence determination unit 15 stores the structure x at the time of convergence in the structure storage unit 16. Thereafter, the process of FIG.
In the process illustrated in FIG. 5, the convergence determination unit 15 determines the convergence of the potential energy using a threshold value prepared in advance. However, the present invention is not limited to this, and all potential energies are calculated up to λ = 1 while repeating the processes in steps S6 to S9, and the structure x having the smallest potential energy is stored in the structure storage unit 16 when the calculation is completed. It may be.

また、図5に示す処理では、相互作用エネルギーλの倍率が隣接する構造x同士のポテンシャルエネルギーを比較した。しかし、これに限らず、相互作用エネルギーλの倍率が0.1倍以上離れた相互作用エネルギーλの倍率の構造x同士のポテンシャルエネルギーを比較するようにしてもよい。   Further, in the process shown in FIG. 5, the potential energies of the structures x adjacent to each other with the magnification of the interaction energy λ are compared. However, the present invention is not limited to this, and the potential energies of the structures x having the magnification of the interaction energy λ separated by 0.1 times or more may be compared.

図6は、比較例を示す図である。
図6に示す比較例は、タンパク質21と、化合物分子22の三次元空間における初期位置がそれぞれ異なる100個の基準構造x0を用意し、相互作用エネルギーλを0から1に変更させた場合を示している。この方法においても結果としてポテンシャルエネルギーUの低い構造は探索できるが、例えば160個のCPUを用いてひとつの基準構造x0あたり104日かかる計算量となる。
FIG. 6 is a diagram illustrating a comparative example.
In the comparative example shown in FIG. 6, 100 reference structures x 0 having different initial positions in the three-dimensional space of the protein 21 and the compound molecule 22 are prepared, and the interaction energy λ is changed from 0 to 1. Show. Even in this method, as a result, a structure having a low potential energy U can be searched. However, for example, the calculation amount is 10 4 days per one reference structure x 0 using 160 CPUs.

図7は、実施の形態の情報処理装置の処理結果を示す図である。
図7に示す処理結果は、タンパク質21と、化合物分子22の三次元空間における初期位置がそれぞれ異なる1個の基準構造x0を用意し、相互作用エネルギーλを0から1倍に変更した場合を示している。相互作用エネルギーλを0から1倍に変更する過程で、ポテンシャルエネルギーの大小に応じて異なる相互作用エネルギーλ倍で生成された構造xへの変更を許すことで、元々の相互作用エネルギーλ倍では探索していなかった構造空間への移動が可能となる。この結果、比較例に比べて、用意する基準構造x0の個数を減らすことができる。従って、計算量を減らすことができ、処理時間の短縮を図ることができる。
FIG. 7 is a diagram illustrating a processing result of the information processing apparatus according to the embodiment.
The processing result shown in FIG. 7 shows a case where one reference structure x 0 having different initial positions in the three-dimensional space of the protein 21 and the compound molecule 22 is prepared, and the interaction energy λ is changed from 0 to 1 times. Show. In the process of changing the interaction energy λ from 0 to 1 times, by allowing the change to the structure x generated by a different interaction energy λ times depending on the magnitude of the potential energy, the original interaction energy λ times It is possible to move to a structure space that has not been searched. As a result, it is possible to reduce the number of reference structure x 0 in comparison with the comparative example is prepared. Therefore, the amount of calculation can be reduced and the processing time can be shortened.

以上述べたように、情報処理装置10によれば、相互作用エネルギーλの値が異なるポテンシャルエネルギーで生成された構造xへの変更を許すことで元々のλの値では探索していなかった構造への移動、探索を可能にした。これにより、処理開始時点でのλの値で探索していない構造空間への移動、探索が可能となる。このため少ない基準構造数で最安定結合構造への到達の可能性が増加する。従って、処理時間の短縮を図ることができる。   As described above, according to the information processing apparatus 10, a structure that has not been searched with the original value of λ is allowed by allowing the change to the structure x generated with potential energy having a different interaction energy λ value. Enabled to move and search. Thereby, it is possible to move to and search the structure space that is not searched with the value of λ at the start of processing. This increases the possibility of reaching the most stable bond structure with a small number of reference structures. Therefore, the processing time can be shortened.

なお、本実施の形態では、タンパク質と化合物分子の安定結合構造を探索したが、安定結合構造を探索できる物質はタンパク質と化合物分子の組み合わせに限定されない。また、本実施の形態では、タンパク質と化合物分子の安定結合構造を探索したが、安定結合構造を探索する物質の数は2つに限定されず、3つ以上であってもよい。   In the present embodiment, a stable binding structure between a protein and a compound molecule is searched. However, a substance capable of searching for a stable binding structure is not limited to a combination of a protein and a compound molecule. In the present embodiment, the stable binding structure between the protein and the compound molecule is searched. However, the number of substances that search for the stable binding structure is not limited to two, and may be three or more.

以上、本発明の安定結合構造探索方法、プログラムおよび情報処理装置を、図示の実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物や工程が付加されていてもよい。   The stable coupling structure search method, program, and information processing apparatus of the present invention have been described based on the illustrated embodiment. However, the present invention is not limited to this, and the configuration of each part has the same function. Can be replaced with any structure having Moreover, other arbitrary structures and processes may be added to the present invention.

また、本発明は、前述した各実施の形態のうちの、任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。
なお、上記の処理機能は、コンピュータによって実現することができる。その場合、情報処理装置10が有する機能の処理内容を記述したプログラムが提供される。そのプログラムをコンピュータで実行することにより、上記処理機能がコンピュータ上で実現される。処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、磁気記憶装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等が挙げられる。磁気記憶装置には、ハードディスクドライブ、フレキシブルディスク(FD)、磁気テープ等が挙げられる。光ディスクには、DVD、DVD−RAM、CD−ROM/RW等が挙げられる。光磁気記録媒体には、MO(Magneto-Optical disk)等が挙げられる。
Further, the present invention may be a combination of any two or more configurations (features) of the above-described embodiments.
The above processing functions can be realized by a computer. In that case, a program describing the processing contents of the functions of the information processing apparatus 10 is provided. By executing the program on a computer, the above processing functions are realized on the computer. The program describing the processing contents can be recorded on a computer-readable recording medium. Examples of the computer-readable recording medium include a magnetic storage device, an optical disk, a magneto-optical recording medium, and a semiconductor memory. Examples of the magnetic storage device include a hard disk drive, a flexible disk (FD), and a magnetic tape. Examples of the optical disk include a DVD, a DVD-RAM, and a CD-ROM / RW. Examples of the magneto-optical recording medium include an MO (Magneto-Optical disk).

プログラムを流通させる場合には、例えば、そのプログラムが記録されたDVD、CD−ROM等の可搬型記録媒体が販売される。また、プログラムをサーバコンピュータの記憶装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することもできる。   When distributing the program, for example, a portable recording medium such as a DVD or a CD-ROM in which the program is recorded is sold. It is also possible to store the program in a storage device of a server computer and transfer the program from the server computer to another computer via a network.

プログラムを実行するコンピュータは、例えば、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、自己の記憶装置に格納する。そして、コンピュータは、自己の記憶装置からプログラムを読み取り、プログラムに従った処理を実行する。なお、コンピュータは、可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することもできる。また、コンピュータは、ネットワークを介して接続されたサーバコンピュータからプログラムが転送される毎に、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することもできる。   The computer that executes the program stores, for example, the program recorded on the portable recording medium or the program transferred from the server computer in its own storage device. Then, the computer reads the program from its own storage device and executes processing according to the program. The computer can also read the program directly from the portable recording medium and execute processing according to the program. In addition, each time a program is transferred from a server computer connected via a network, the computer can sequentially execute processing according to the received program.

また、上記の処理機能の少なくとも一部を、DSP(Digital Signal Processor)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、PLD(Programmable Logic Device)等の電子回路で実現することもできる。   Further, at least a part of the above processing functions can be realized by an electronic circuit such as a DSP (Digital Signal Processor), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or a PLD (Programmable Logic Device).

10 情報処理装置
11 パラメータ受付部
12 計算部
13 構造発生部
14 比較部
15 収束判断部
16 構造記憶部
21 タンパク質
22 化合物分子
23 溶媒
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Information processing apparatus 11 Parameter reception part 12 Calculation part 13 Structure generation part 14 Comparison part 15 Convergence judgment part 16 Structure storage part 21 Protein 22 Compound molecule 23 Solvent

Claims (6)

少なくとも2つの物質の安定結合構造を探索する安定結合構造探索方法において、
コンピュータが、
第1の物質と第2の物質との第1の相互作用により前記第1の物質と前記第2の物質とを備える基準構造の初期運動量分布が変化した第1の構造の第1の位置エネルギーと、前記第1の物質と前記第2の物質との前記第1の相互作用より大きい第2の相互作用により前記基準構造の初期運動量分布が変化した第2の構造の第2の位置エネルギーとを計算し、
計算された前記第1の位置エネルギーと前記第2の位置エネルギーの値を比較し、
比較した値の小さい方の構造を前記第2の相互作用により初期運動量分布を変化させた構造の位置エネルギーを計算する際の基準構造に決定する、
処理を実行する
ことを特徴とする安定結合構造探索方法。
In a stable bond structure search method for searching for stable bond structures of at least two substances,
Computer
The first potential energy of the first structure in which the initial momentum distribution of the reference structure including the first substance and the second substance is changed by the first interaction between the first substance and the second substance. When, and a second position energy of the second structure initial momentum distribution of the reference structure by a second interacting greater than the first interaction between the first material and the second material is changed Calculate
Comparing the calculated value of the first potential energy and the second potential energy;
The structure having the smaller compared value is determined as a reference structure for calculating the potential energy of the structure in which the initial momentum distribution is changed by the second interaction.
A method for searching for a stable bond structure , characterized by executing a process.
前記第1の位置エネルギーは、前記第1の構造と前記第2の相互作用を用いて計算し、前記第2の位置エネルギーは、前記第2の構造と前記第2の相互作用を用いて計算する
ことを特徴とする請求項1記載の安定結合構造探索方法。
The first potential energy is calculated using the first structure and the second interaction, and the second potential energy is calculated using the second structure and the second interaction. stable bond structure search method characterized, according to claim 1, wherein that.
決定された前記基準構造に対し、前記第2の相互作用により前記基準構造の初期運動量分布が変化した第3の構造の第3の位置エネルギーと、前記第2の相互作用より大きい第3の相互作用により前記基準構造の初期運動量分布が変化した第4の構造の第4の位置エネルギーとを計算し、
計算された前記第3の位置エネルギーと前記第4の位置エネルギーの値を比較する
ことを特徴とする、請求項1記載の安定結合構造探索方法。
To determined the reference structure, wherein the third potential energy of the third structure initial momentum distribution has changed in the reference structure by a second interaction, third mutual greater than said second interacting Calculating the fourth potential energy of the fourth structure in which the initial momentum distribution of the reference structure is changed by the action;
The method for searching for a stable bond structure according to claim 1, wherein the calculated third potential energy and the fourth potential energy are compared.
相互作用エネルギーの大きさを段階的に変化させ、
前記第1の相互作用と前記第2の相互作用は段階的に変化させたときの隣接する大きさである
ことを特徴とする請求項1記載の安定結合構造探索方法。
Change the magnitude of the interaction energy step by step,
Wherein the first interaction between the second interaction is characterized by a neighboring size when graduated, stable coupling structure search method of claim 1.
少なくとも2つの物質の安定結合構造を探索するプログラムにおいて、
コンピュータに、
第1の物質と第2の物質との第1の相互作用により前記第1の物質と前記第2の物質とを備える基準構造の初期運動量分布が変化した第1の構造の第1の位置エネルギーと、前記第1の物質と前記第2の物質との前記第1の相互作用より大きい第2の相互作用により前記基準構造の初期運動量分布が変化した第2の構造の第2の位置エネルギーとを計算し、
計算された前記第1の位置エネルギーと前記第2の位置エネルギーの値を比較し、
比較した値の小さい方の構造を前記第2の相互作用により初期運動量分布を変化させた構造の位置エネルギーを計算する際の基準構造に決定する、
処理を実行させる
ことを特徴とするプログラム。
In a program for searching for stable bond structures of at least two substances,
On the computer,
The first potential energy of the first structure in which the initial momentum distribution of the reference structure including the first substance and the second substance is changed by the first interaction between the first substance and the second substance. When, and a second position energy of the second structure initial momentum distribution of the reference structure by a second interacting greater than the first interaction between the first material and the second material is changed Calculate
Comparing the calculated value of the first potential energy and the second potential energy;
The structure having the smaller compared value is determined as a reference structure for calculating the potential energy of the structure in which the initial momentum distribution is changed by the second interaction.
Characterized in that to execute the processing program.
少なくとも2つの物質の安定結合構造を探索する情報処理装置において、
第1の物質と第2の物質との第1の相互作用により前記第1の物質と前記第2の物質とを備える基準構造の初期運動量分布が変化した第1の構造の第1の位置エネルギーと、前記第1の物質と前記第2の物質との前記第1の相互作用より大きい第2の相互作用により前記基準構造の初期運動量分布が変化した第2の構造の第2の位置エネルギーとを計算する計算部と、
計算された前記第1の位置エネルギーと前記第2の位置エネルギーの値を比較し、比較した値の小さい方の構造を前記第2の相互作用により初期運動量分布を変化させた構造の位置エネルギーを計算する際の基準構造に決定する決定部と、
を有する
ことを特徴とする情報処理装置。
In an information processing device that searches for a stable bond structure of at least two substances,
The first potential energy of the first structure in which the initial momentum distribution of the reference structure including the first substance and the second substance is changed by the first interaction between the first substance and the second substance. When, and a second position energy of the second structure initial momentum distribution of the reference structure by a second interacting greater than the first interaction between the first material and the second material is changed A calculation unit for calculating
The calculated first potential energy and the second potential energy value are compared, and the potential energy of the structure whose initial momentum distribution is changed by the second interaction is compared with the structure having the smaller compared value. A determination unit that determines a reference structure for calculation; and
And having an information processing apparatus.
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