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JCIM｜EHreact:用于酶促反应模板提取和评分的扩展Hasse图

综上所述，给定一个反应，则从反应中心提取不同直径的模板，创建一个没有分支的线性Hasse图。但如果已知多个反应，则算法利用它们之间的相互结构信息。...然后，通过对Q与当前分支(Y和Z)中已知基板的各种比较，以及模板在树中的位置，以及树的整体形状和多样性，得出分数。...2.4打分函数 SS是查询底物与当前分支内已知底物之间的摩根指纹最大谷本相似度(半径2，无特征)。 SP是模板树中所有底物对之间谷本相似性的平均值，是酶特异性的度量。 1−SP是酶混杂的量度。...将原子进一步添加到模板之后，图分为三个分支，其中两个分支直接指向叶节点(完全反应的ITS)，一个分支在结束于叶节点之前生成一个额外的模板。...事实上，在有机和生物催化合成中，错误的原子映射是所有基于模板的反应预测的一个主要限制。不正确的原子映射通常会导致唯一的、没有意义的ITS，这些ITS在模板的Hasse图的开头分支。

1.2K20
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    . | 面向自动化有机–酶混合合成规划的虚拟平台

    （b）Agent 工具集，包括分子工具、反应工具、安全评估工具、通用工具和酶反应工具。 为了实现高精度的混合有机-酶合成规划，平台内嵌了反应条件推荐、酶筛选及反应合理性评估等一系列功能模块。...此外，为了过滤单步模型产生的不可行反应，系统部署了基于Morgan指纹双分支架构的反应合理性评估器，该模型在构建的大规模专利基准数据集上表现优异，显著提升了路径的化学合理性。...研究评估了三种类型的反应表示：Morgan指纹、RXNFP和DRFP。其中，基于Morgan指纹和双分支多层感知机架构的模型实现了最佳的整体性能。...此信息显示在单步反应显示框中，依次显示单步反应方程式、平台推荐的反应条件、酶促反应的识别结果和酶推荐结果。一旦单步反应被识别为酶促反应，“Enzyme Recommend”按钮即变为激活状态。...一旦确认反应可行，即使用EnzymaticRXNIdentifier来确定该反应步骤是否可以由酶催化（即是否为酶促反应）。该工具以0.9975的置信度识别出该单步反应为酶促反应。

    25910

    Nat. Comm. | 超算+AI: 为天然产物生物合成路线规划提供导航

    目前虽然已有基于数据库和反应规则的生物合成路径预测工具，但由于本身已知的酶反应数量不足，且由于不同酶的催化杂泛性和专一性也不同，导致现有反应规则（模板）无法很好地反映酶的催化功能。...因此，对于以酶催化反应为主的生物合成来说，现有基于模板的方法给出的反应路径在实际中常常无法通过相应的酶来催化，并且对于许多生源合成步骤较长，结构较复杂的天然产物，并没有相似度较高的反应模板与之匹配。...该系统通过深度学习驱动的基于与或树(AND-OR tree)的搜索算法解决合成途径的大量分支可能性造成的组合爆炸问题，从而能够高效且准确地规划出合理的天然产物生源合成途径。...给定目标天然产物，BioNavi-NP可在几分钟内给出其到指定分子砌块（building block）的多条路径，并根据已知反应或酶对路径进行打分排序。...预测的反应途径将按照计算成本、长度和生物体特定的酶进行分类。 图3：BioNavi-NP网站输出结果示意图。

    1.4K20

    分子动力学--分子动力学模拟指导的黄素酶定向进化用于不对称去饱和反应

    这些位点此前已被证实对PtOYE及其同源酶在不同催化转化中的活性具有关键影响。尽管进行了大规模筛选，仅发现一个有效突变A104G，该突变对反应产率和对映选择性的提升效果有限。...最终通过对252位点进行新一轮定点饱和突变筛选，获得了ADes-5变体，该酶以98%产率和89% e.e.催化反应，较ADes-1产率提升45倍。...结果4、基于ADes-5的底物普适性研究通过分子动力学模拟指导的定向进化技术，成功开发出高效黄素酶变体ADes-5，实现了1-芳基-2-四氢萘酮类化合物的不对称去饱和反应。...结果5、制备级反应与产物多样化为验证该生物催化平台的实用价值，开展了多项制备级规模的酶催化反应。以底物1a成功制备化合物2a，获得93%收率和87% e.e.，与分析级反应结果一致。...该酚羟基单元可通过O-三氟甲基磺酰化及后续钯催化偶联反应，高效转化为芳基（4a）、硼酸酯（4b）或膦基（4c）等官能团，其中硼酸酯基团为后续衍生化提供了重要反应位点。

    33520

    Nat Commun｜星药科技为天然产物生物合成路线规划提供导航

    目前虽然已有基于数据库和反应规则的生物合成路径预测工具，但由于本身已知的酶反应数量不足，且由于不同酶的催化杂泛性和专一性也不同，导致现有反应规则（模板）无法很好地反映酶的催化功能。...因此，对于以酶催化反应为主的生物合成来说，现有基于模板的方法给出的反应路径在实际中常常无法通过相应的酶来催化，并且对于许多生源合成步骤较长，结构较复杂的天然产物，并没有相似度较高的反应模板与之匹配。...该系统通过深度学习驱动的基于与或树(AND-OR tree)的搜索算法解决合成途径的大量分支可能性造成的组合爆炸问题，从而能够高效且准确地规划出合理的天然产物生源合成途径。...给定目标天然产物，BioNavi-NP可在几分钟内给出其到指定分子砌块（building block）的多条路径，并根据已知反应或酶对路径进行打分排序。...预测的反应途径将按照计算成本、长度和生物体特定的酶进行分类。 图3.

    74820

    Science | 机器学习揭示了构建人造蛋白质的秘诀

    美国芝加哥大学Rama Ranganathan，法国索邦大学Martin Weigt等研究人员合作利用进化模型实现了分支酸变位酶的设计。2020年7月24日，《科学》发表了这一成果。 ?...蛋白质对于细胞生命，执行复杂任务和催化化学反应至关重要。...当团队在实验室中构建这些人造蛋白质时，他们发现它们的化学反应非常出色，可以与自然界中的蛋白质媲美。 ? 人工智能学习蛋白设计规则 蛋白质由成百上千个氨基酸组成，这些氨基酸序列决定了蛋白质的结构和功能。...这项研究中，研究者研究了新陈代谢的分支酸突变酶家族，这是一种对许多细菌、真菌和植物的生命至关重要的蛋白质。使用机器学习模型，研究人员能够揭示这些蛋白质背后的简单设计规则。...他们发现人造蛋白具有与天然分支酸突变酶蛋白相同的催化功能。 一个了解其他复杂系统的平台 因为设计规则相对简单，所以研究人员可以用它们创造的人工蛋白质数量非常多。

    60630

    Nat. Rev. Chem. | 用DNA作为计算和数据存储的通用化学基质

    为了实现这些多样化的功能，研究人员建立了各种分子工具箱，范围从仅DNA系统和酶辅助DNA反应到DNA纳米结构和隔室化DNA电路。...该反应在门复合体的单链托基域启动，并通过分支迁移进行，接着是一系列可逆的单核苷酸结合和解离步骤，最终导致现有链作为输出。通过改变托基的长度和序列，DSD的反应动力学可以在大约六个数量级上量化调节。...酶辅助电路 在合成生物学的自下而上方法中，DNA反应网络通常是通过使用具有高特异性和优越催化能力的简单酶促反应来构建的，与仅包含DNA的系统相比，这种方法更为高效。...典型的，DNA酶是一种单链DNA结构，通过碱基配对识别目标核酸，随后执行切割或连接作用。利用它们的催化性质，DNA酶被用于构建逻辑门和控制DNA电路。然而，DNA酶的典型反应速率远低于基于蛋白的酶。...此项工作随后扩展到了DNA片段的构建——由分支交叉组成的DNA纳米结构，这些结构作为自组装更高阶结构的基本构建块。

    66410

    Nat. Biotechnol. | 戴上启动帽，MIT王潇团队提出LEGO增强翻译能力

    接下来，作者对分支位置（从5′末端到分支点的距离）和带帽寡核苷酸分支的长度进行了二维筛选。...合成含m1ψ的QRNA面临两大挑战：（1）通过点击化学反应引入分支帽子；（2）在不依赖内含子反向剪接的情况下实现RNA环化。...接下来，通过点击反应将一个5′ m7G帽子和3′ OU标记的寡核苷酸连接到叠氮化的环状RNA上，生成最小的QRNA。...通过T4 RNA连接酶I和RtcB连接酶，将化学合成的5′磷酸化或3′磷酸化寡核苷酸与IVT生成的5′羟基或3′羟基mRNA串联连接，并利用5′或3′UTR编码的同源序列促进环化。...这些结果表明，优化的双帽mRNA疫苗诱导了显著增强的T辅助细胞免疫反应。

    29810

    嚼槟榔下的空间转录+代谢景观改变

    其中，OSCC(前分支)发生在邻近上皮或ISC区域(C5-C7的SPOT)和C4，具有显著的分化能力。随后，基于转录谱的差异，该轨迹分化为两个分支(分支1和分支2)。...在分支1中，肿瘤细胞表现出细胞周期和翻译基因(如CDC20、EGFR)以及某些代谢基因(如甲基转移酶NNMT、载脂蛋白APOE)的显著富集，而分支2中的肿瘤细胞主要与干扰素反应相关(如ISG15、HLA-A...脂肪酸 -oxidation是肿瘤细胞中各种脂肪酸分解和能量供应的关键反应。...通过整合ST和SM数据，发现OSF源性OSCC的多胺代谢通量中，代谢产物腐胺、亚精胺和精胺及其相关酶鸟氨酸脱羧酶1 (ODC1)、亚精胺合酶(SRM)和精胺合酶(SMS)在肿瘤区域具有特异性分布...最后，验证了23种多胺代谢酶(PM酶)的表达与OSCC预后的功能相关性。

    43320

    .| 将酶化学和合成化学与计算合成规划相结合

    介绍 酶促和非酶促合成有机（“合成”）反应可以协同组合以利用各自的独特优势。酶可用于在其他合成过程的关键点引入立体化学。酶还可以催化具有优异区域选择性的反应。...从BKMS生化反应数据库中自动提取的反应模板 在作者的酶反应数据集中，近80%的反应模板只有一个先例（图2e）。在作者的酶促反应数据集中，近 80%的反应模板只有一个先例（图 2e）。...比较酶促转化和合成转化 合成有机化学比已知的酶促化学能够实现更广泛的转化。然而，酶是催化不同的反应还是仅仅催化具有提高的特异性和效率的反应并不明显。...在酶促反应数据库中的14601个单步、非自发、非通用反应中，909个是用合成反应模板回收的（不考虑电荷或立体化学）。酶催化剂可以为这些过程提供增强的选择性，但化学转化可以在没有酶的情况下实现。...为了估计唯一酶变换的数量的较低界限，作者确定了在反应物和产品之间没有添加或丢失重原子的3466酶反应，968个反应无法由Reaxys反应模板来描述，对应于824个唯一的酶反应模板。

    1.1K31

    Nature | 连接化学与蛋白序列空间，精准预测生物催化反应

    尽管具备这些优势，但生物催化的实施往往伴随高风险，因为找到一种能在特定中间体上执行目标化学反应的酶，常常需要耗时的筛选与蛋白工程优化。预测酶与底物兼容性的策略受限于缺乏系统性研究的生物催化反应数据集。...然而，单个酶的底物范围仍然难以预测。即使是结构差异微小的底物，其反应性也可能截然不同，这使得在未知底物上规划酶反应风险极高。因而，生物催化的应用通常局限于已知反应。...多样化酶库的建立与高通量反应发现 研究人员选择 α-酮戊二酸依赖的非血红素铁酶（NHI）作为模型体系，这类酶能催化多种 C–H 官能化反应。...从实验数据到机器学习模型 为了预测新的底物–酶配对，研究人员将上述 215 条反应与文献中 139 条相关反应整合为 BioCatSet1 数据集，包含 119 个底物与 163 个酶。...通过构建包含 300 余种非同源天然酶的多样化酶库，研究人员建立了首个大规模 α-KG/Fe(II) 酶–底物反应网络，发现 200 余条新反应，并基于此训练了双向机器学习模型。

    14420

    犹素化如何调控细胞核与内质网的稳态维持？

    在端粒区域，被犹素化修饰的MRE11蛋白能够作为支架，促进蛋白磷酸酶PP1-α的募集。...内质网稳态的维持依赖于未折叠蛋白反应、内质网相关降解和内质网自噬等多条质量控制途径。犹素化在其中也发挥着重要的调控作用。在内质网相关降解途径中，关键的泛素连接酶HRD1本身可受到犹素化修饰的调节。...在稳态条件下，HRD1的修饰可能有助于其正常功能；而在内质网应激时，修饰复合物与HRD1解离，导致其修饰水平下降、功能被抑制，从而促使细胞启动未折叠蛋白反应以应对压力。...例如，细胞色素b5还原酶等底物蛋白的犹素化修饰，能够被UFBP1蛋白识别，进而增强相关E3连接酶的活性，最终引导这些特定的内质网区域通过自噬途径被清除。...研究发现，未折叠蛋白反应中的IRE1α/XBP1信号轴会上调UFBP1等犹素化通路基因的表达。UFBP1通过抑制PERK分支的过度活化，促进了浆细胞的发育和高效免疫球蛋白的产生。

    8911

    Science｜David Baker团队：利用人工智能从头设计出类天然酶

    该研究结合生成式扩散模型RFdiffusion与反应路径预组织评估工具PLACER，突破了传统酶设计在多步反应机制中的瓶颈，开发出催化效率接近天然酶的合成酶。...其催化循环涉及四步反应：底物结合、酰基化（形成酰基-酶中间体AEI）、水解（水分子攻击AEI）和产物释放。...中间态稳定性：酰基-酶中间体（AEI）的高稳定性常导致催化剂失活，需平衡多步反应的过渡态稳定与中间态解离。 评估不足：现有计算工具难以模拟多步反应中活性位点的动态构象变化，导致设计成功率低。...该研究为设计复杂多步反应酶提供了通用框架，标志着计算酶设计从单一过渡态优化迈向全反应路径工程的新阶段。...这将使我们能够从头设计更复杂的酶，这是以前难以实现的。” 未来，该方法可扩展至其他催化系统（如PET酶、酰胺酶等），并为设计全新反应机制的酶提供框架。

    1.2K10

    中科院实现“人工光合作用”，实验室用CO₂合成淀粉，效率比玉米高8.5倍

    生物合成过程大致是先做化学反应——利用高密度电/氢能将二氧化碳还原为碳一化合物。 再做生物反应——将碳一化合物聚合为碳三化合物、碳六化合物 （即葡萄糖） 直至长链淀粉分子。...通过耦合化学催化和生物催化，科学家们最终成功构建出一条从二氧化碳到淀粉合成只有11步反应的人工途径。...ps.生物酶催化剂是成功构建这条途径的核心关键，研究人员从动物、植物、微生物等31个不同物种来源挖掘出了最合适的生物酶催化剂。...而在玉米等农作物中，自然光合作用的淀粉合成涉及60多步生化反应以及复杂的生理调控。 除了步骤更少，中科院这个合成淀粉技术还具有更高的能量转化效率与合成速度。...不过科学家们也说了，现在实验室出的都是少量样品，且目前合成的还是直链淀粉（当然再加入一个分支酶，也可以把它做成支链淀粉），要实现工业化生产，还需解决诸多科技难题： 一方面，在工程生物学基础理论和工程设计方面有问题要解决

    57740

    KEGG Reaction 数据库

    KEGG Reaction 是收录酶促反应相关信息的数据库，包含了所有代谢通路中的酶促反应和一些只在enzyme 数据库中有记录的酶促反应，每条记录用R Number 唯一标识。...每个字段的含义如下： Entry R00259 Name 名称 Definition 定义 Equation 表达式 Reation Class 分类信息 Enzyme 酶促反应对应的酶 Pathway...包含该反应的通路 Module 对应的module 数据库的信息 Orthology 酶对应的KO信息 other DBs 第三方数据库 这里有一个Reaction Class 的概念，kegg 根据反应两边化学物质转换的模式将酶促反应进行了分类...在R00259对应的酶促反应中，出现了C00025 转化成 C00624 的情况，这两种物质转换对应的RDM模型是怎么样的呢？...总结 1.Reaction数据库记录了酶促反应的信息，每个反应用R Number 标识； 2.对于所有的酶促反应，kegg 通过RDM 模型对其进行了分类；

    95400

    「前端架构」Grab的前端学习指南

    易学-学习反应很简单。与此相比，React API表面相对较小;只有几个api需要学习，而且它们不经常更改。...尝试建立简单的项目，如待办事项列表，黑客新闻克隆与纯反应。...React附带了一些测试工具，但是通过类似于jquery的API，通过Airbnb提供的酶可以更容易地生成、断言、操作和遍历React组件的输出。建议用酶测定反应组分。...Jest和酶使编写前端测试变得有趣和容易。因为定义了明确的职责和接口，所以React组件和Redux操作/缩减器相对容易测试也很有帮助。...Jest和ase的文档非常简洁，通过阅读它们应该就足够了。 预计持续时间:2-3天。尝试为你的React + Redux应用程序编写Jest +Enzyme!

    9.3K20

    Science｜David Baker新突破，从头设计丝氨酸水解酶

    酶作为生物催化剂，在温和条件下能够显著加速化学反应，其设计和优化对于生物工程、药物开发以及环境科学等领域具有深远的意义。...背景：酶设计的挑战与机遇 酶设计的核心目标是构建能够催化特定化学反应的蛋白质。...丝氨酸水解酶是一类经典的酶，其催化机制涉及复杂的多步反应，包括酰化中间体的形成和水解。尽管自然界的丝氨酸水解酶已被广泛研究，但从头设计这类酶一直是计算生物学领域的难题。...研究意义：为酶设计开辟新道路 这项研究的突破性在于，它不仅成功设计出了具有复杂活性位点的丝氨酸水解酶，还通过深度学习和计算工具实现了对多步反应机制的精确模拟和优化。...这种方法为酶设计领域带来了新的思路，尤其是在如何从头生成具有特定功能的蛋白质骨架以及如何评估其在反应路径上的兼容性方面。 此外，这项研究还展示了从头设计酶的广泛应用前景。

    65210

    . | 具备多任务分子信息处理能力的递归酶竞争网络

    尽管人工酶促反应网络的设计在模仿生命系统方面取得了重要进展，但这些系统仍缺乏足够的复杂度以完全再现生物信息处理的特征。...研究人员在此提出一种可扩展的设计策略，通过底层的底物递归竞争机制构建复杂的酶促反应网络，使其具备储备计算（reservoir computing）能力。...结果与讨论 递归酶竞争网络的设计 该酶促储备体基于一种新的可扩展酶促反应网络架构，其特征为底物共享与反应产物的递归利用。...被切割的片段可进一步作为底物参与反应，形成一个递归的酶促网络。 由于多种底物竞争有限的酶活位点，该系统在反应过程中表现出显著的资源竞争与非线性反馈。...图 1 ：递归酶竞争网络的构建与反应示意 化学与物理化学的非线性分类任务 为测试该网络的储备计算能力，研究人员将七种酶固定在单分散聚丙烯酰胺水凝胶微珠上，并置于连续搅拌反应器（CSTR）中，实现“硬件–

    16510
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