3.3.2 The molecular docking methodology在线视频

好各位同学大家好

上一节课我们已经谈到了

分子对接的定义以及它的功能

那么这一节课我们来探讨一下

分子对接的过程

以及其中我们所需要理解的

一些基本的理论

分子对接的过程包括

受体的准备

活性位点的确定

配体的准备

对接过程

以及结果分析

那么第一步受体的准备

我们需要明白几个概念

一 受体它是指靶细胞的膜上

或者细胞之内存在的

能识别和专一性地

结合特定的生物活性的物质

产生特定生物效应的生物大分子

或生物大分子复合物

受体结构的准备是对接的重要一步

受体的结构可以从PDB库中直接下载使用

这是它通常下载的网址

第二 配体也叫配基

它能与受体产生特异性结合的

生物活性分子

一般为小分子化合物

受体基团

受点结合部位也就是

我们通常所说的结合位点

是指配体与受体发生分子间相互作用

而结合的部位

有着十分复杂的作用和空间特征

那么在明确了受体的基本概念的基础上

我们再来看一下怎样去确定它的活性位点

即我们所说的节合活性位点

方法主要有三种

第一种是自动生成

是在具有多个腔或者结合位点的蛋白质中

自动生成选择最大的

蛋白口袋和结合位点

第二种是基于配体生成的

第二种是基于配体生成的

如果蛋白质结构晶体中包含配体

则可以使用其中一个小配体的位置

去确保所有配体原子正确连接

当使用多聚体时

我们建议使用此选项

其中活性位点可能是由多个单元定义

并且可以获得的晶体配体

第三种是基于关键氨基酸残基生成

参考已经报道的文献确定

要用于生成活性位点的氨基酸残基

以这些氨基酸残基

周围一定范围内的氨基酸残基作为结合位点

这就是我们谈到的三种深层结合位点的方式

第三步只是配体的准备

配体必须提前进行相应的能量优化

可以是以下几种格式

如图所示这几种格式

都可以把它作为配体进行相应的选择

第四步是结合过程

结合过程我们必须了解它常用方法

包括模板定位法

那么模板定位法这种方法

最早在1989年提出

该法先在受体的受点

用模板构建出一个形状互补的三维分子骨架

再根据受体的性质

把分子骨架转化为具体的分子结构

这一过程的前一步称为一级结构生成

第二步称为二级结构生成

第二种方法是原子生长法

原子生长法是根据靶点的性质

如静电

氢键和疏水性

逐个地增加原子

配上受点形状和性质互补的分子

也就是说基本构建块为原子

在原子库中含有原子生长

所需要的各种类型的原子

如sp³杂化碳

芳香碳

联基氧

羟基氧

氨基氮等

还有各种类型的化学键

如单键

双键

三键

芳香键

以及酰胺键

第三种是分子碎片法

又称化学数据库算法或片段连接算法

最早是在1991年提出

该法应用的基本构建块为碎片

每个碎片由单一官能团

比如说羟基 羧基或苯环等组成

根据各碎片的连接增长的方式不同

又可以把它分为碎片连接法和碎片生长法

那么碎片连接法

首先要储存有各种碎片的碎片库

和各种连接的连接子库

操作时先在受体的受点区域产生网格

用探针去分析受点的表面性质

如疏水 氢键 静电 范德华引力等性质

根据性质的不同

将受点区域划分为不同的

能容纳一个碎片的分子区域

如氢键供体

氢键受体

脂肪疏水

芳香疏水和静电作用区等

然后搜寻碎片库

找到形状与其符合的碎片

那么把它对接进去

再搜寻连接子库

寻找合适的连接子

将各子区域的碎片进行连接起来

这样我们就得到了一个完整的分子

对产生的一系列分子

用分子力学的方式进行优化

挑选出最好的几个结构以供下一步的研究

碎片生长法

那么这种碎片生长法

类似于刚才我们谈到的原子生长法

但它在受体受点上根据性质

形状的要求

它以碎片的形式而不是以

每一个原子的形式来逐渐生长和构建的

碎片生长的起点可以是

受点上指定的种子原子

也可以是核心碎片

核心碎片是连接在受点上能量合适的碎片

可以从碎片库中得到

或选择配基分子中的一个片断

然后根据作用能量的大小

生长出一个一个的碎片

最后得到一个完整的分子

第四种方法是动力学算法

该方法在构造初模型时

在受体受点中充满类似于原子的粒子

并随机以类型

电荷和非键作用的参数给粒子赋值

然后随机选取一个粒子和周围的粒子

根据概率在粒子间产生共价键

再进行分子动力学计算

根据能量大小取舍

重复以上过程

直至选取的分子达到一定数量

并与受体总结合能量最佳为止

分子对接的第五步

就是针对我们对接得到的结果进行一个分析

那这也是我们得到

我们最佳结果的一个依据

主要有下面几种方式

或者几种参数对结果进行一个评价

首先是打分函数

它是用来对由搜索算法得到的结合模式

进行区分和排序

最理想的打分函数

是计算配体和受体结合自由能

把所有可能的配体构象进行排序

一个打分函数应该既能够高效又具有选择性

它必须能够使搜索能够顺利进行

也能够在众多解中找到正确的结合模式

每一个对接的算法

都会采用平衡了时效和精确度的

简单自由能预测方法

碰撞分数是指当配体结合到

蛋白大分子的结合口袋以后

它的原子之间的一个重叠程度

以及他们的一个冲突程度

这个值越趋紧零

说明是越有利的

那么负数代表着它的一个渗透率

第三点是极性相互作用分数

极性分数它们可用于

排除不产生氢键的一个对接结果

第四个是SYBYL所用的一种打分函数叫CScore

它是根据Surflex-Dock总分

和额外评分函数计算的一种共识分数

在得到对接结果以后

分析蛋白和小分子之间的相互作用

是对接结果分析的关键环节

首先我们要明确它主要有哪几种

关键相互作用

这里也跟大家进行简单的介绍

首先是氢键

氢键是指氢原子与负电性杂原子共价结合后

可与另一具有未共用电子对的杂原子

形成一种弱的静电作用

这就叫氢键

第二种是疏水键

它是指两个不溶于水的分子

或分子的一部分之间的相互作用

能量效应和熵效应等热力学作用

使疏水基团能够紧密的趋于聚集在一起

第三种是共价键

共价键键合是药物

与受体的某些原子共享1对或者数对电子对

是新的化学键的形成

键能较高

这种结合较为牢固

范德华力

范德华力为相邻的电中性原子之间

存在的微弱的吸引力

它由瞬间偶极产生

属非特异性力

极性分子和非极性分子都存在着这种力

静电作用

离子键是为两个

具有相反电荷的离子之间的静电引力

第二个离子 偶极键

药物和受体分子中的极性共价键

或杂原子上的孤对电子有极化性

所形成的偶极与持久存在的电荷

也能发生稳定的相互作用

形成离子 偶极键

其键能约为2kJ/mol

属弱次级作用

且由于偶极矩是个向量

所以键的形成受方向的影响

偶极 偶极相互作用

偶极 偶极相互作用发生在分子两个极间

其大小取决于两偶极的大小

间距以及其方位

那么键能一般为0.5kJ/mol

比离子 偶极键的键能小

这种弱的次级作用对于药物

受体相互作用的

特异性和立体选择性非常重要

还有一种是离子 诱导偶极相互作用

即非极性共价键

在极性条件下会产生诱导偶极

与离子或偶极发生相互作用

形成离子 诱导偶极的作用力

或偶极 诱导偶极的作用力

这种作用力更小

它的键能一般小于0.5kJ/mol

本节课我们主要针对分子对接的过程

以及其中所涉及到的基本理论进行了介绍

那么这些理论也是分子对接的基础

谢谢大家