High-Accuracy Identification and Structure–Activity Analysis of Antioxidant Peptides via Deep Learning and Quantum Chemistry

阿布茨 抗氧化剂 量子化学 化学 鉴定(生物学) 量子化学 DPPH 深度学习 人工智能 计算机科学 机器学习 生物化学 催化作用 分子 有机化学 生物 反应机理 植物
作者
Wanxing Li,Xuejing Liu,Yuanfa Liu,Zhaojun Zheng
出处
期刊:Journal of Chemical Information and Modeling [American Chemical Society]
卷期号:65 (2): 603-612 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acs.jcim.4c01713
摘要

Antioxidant peptides (AOPs) hold great promise for mitigating oxidative-stress-related diseases, but their discovery is hindered by inefficient and time-consuming traditional methods. To address this, we developed an innovative framework combining machine learning and quantum chemistry to accelerate AOP identification and analyze structure–activity relationships. A Bi-LSTM-based model, AOPP, achieved superior performance with accuracies of 0.9043 and 0.9267, precisions of 0.9767 and 0.9848, and Matthews correlation coefficients (MCCs) of 0.818 and 0.859 on two data sets, outperforming existing methods. Compared with XGBoost and LightGBM, AOPP demonstrated a 4.67% improvement in accuracy. Feature fusion significantly enhanced classification, as validated by UMAP visualization. Experimental validation of ten peptides confirmed the antioxidant activity, with LLA exhibiting the highest DPPH and ABTS scavenging rates (0.108 and 0.437 mmol/g, respectively). Quantum chemical calculations identified LLA’s lowest HOMO–LUMO gap (Δ E = 0.26 eV) and C 3 –H 26 as the key active site contributing to its superior antioxidant potential. This study highlights the synergy of machine learning and quantum chemistry, offering an efficient framework for AOP discovery with broad applications in therapeutics and functional foods.
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