CADD课程学习（7）-- 模拟靶点和小分子相互作用 （半柔性对接 AutoDock）

CADD课程学习（7）-- 模拟靶点和小分子相互作用（AutoDock）

概念：
分子对接是通过研究配体小分子和受体生物大分子的相互作用，预测其亲和力，实现基于结构的药物设计的一种重要方法。

理论基础：
分子对接的最初思想起源于Fisher E提出的“锁和钥匙模型”，即受体与配体相互识别的首要条件是空间结构的匹配。

分子对接原理
根据几何匹配和能量匹配，寻找两个分子之间最佳相互作用模式

Receptor: enzyme, ion channel, antibody……
Ligand: drug, peptide, antigen, polysaccharide…
Receptor-Ligand Interactions:
electrostatic interaction, hydrogen bond, hydrophobic interaction

对接软件

• 不同体系不同结果；
• DS（LigandFit），SYBYL（flexx，surflex），AutoDock结果相差不大
• Autodock表现较好，且免费开源，可放心使用
  测试集：1300 protein-ligands complexes from PDBbind database

分子对接一般过程

原理：配体与受体结合时，彼此存在静电相互作用、氢键相互作用、范德华力相互作用和疏水作用力。配体与受体结合必须满足互相匹配原则，即配体与受体几何形状互补匹配、静电相互作用互补匹配、氢键相互作用互补匹配、疏水相互作用互补匹配。

分类

• 刚性对接：对接过程中，研究体系的构象不发生变化。适合考察比较大的体系，如蛋白质和蛋白质间以及蛋白质与核酸间的对接。
• 半柔性对接：对接过程中，研究体系尤其是配体的构象允许在一定的范围内变化。适合处理大分子和小分子间对接。
• 柔性对接：对接过程中，研究体系的构象是基本上可以自由变化的。一般用于精确考虑分子间的识别情况，由于计算过程中体系的构象可以变化，所以计算破费最大。
  

AutoDock：小分子化合物-蛋白质对接软件

http://autodock.scripps.edu

安装

1. 安装Python运行环境，并设置环境变量
2. Autodock***，exe（windows版）双击后会解压缩产生三个文件：autodock4.exe、autogrid4.exe和cygwin1.dl，并将它们自动拷贝到C:\Windows\System32\文件夹下，安装完成。然后，DOS下可直接输入“autodock4”或
   “autogrid4”运行。如手动将上述三个文件拷贝到其他目录中，每次调用该命令时需要指出存放目录的路径
3. Mgltool**，exe（windows版）：像安装一个普通的程序一样双击安装即可。
   
   
   

对接案例

AutoDock对接体系：PDB 1IEP
AutoDock对接步骤：

1. 准备配体和受体文件（AutoDockTools）
2. 准备格点文件（AutoGrid）
3. 分子对接计算（AutoDock）
   

1.准备配体受体文件（AutoDockTools）
（1）Pymo下载11EP，删除B链，删除水分子，CL离子
（2）选中蛋白部分（不包含配体STI），保存为1EP_protein.pdb
（3）选中配体（STI），保存为lmatinib.pdb注释：PDB 1IEP的配体ST即为lmatinib











如果界面不能RUN，可以使用命令行：.\autogrid4.exe -p .\dock.gpf





如果不能RUN， 使用命令行.\autodock4.exe -p .\dock.dpf

半柔性对接总结

AutoDock对接体系：PDB 1lEP AutoDock半对接步骤：

1. 准备配体和受体文件（AutoDockTools）
   Autodock Tools配体文件准备：
   ①加H原子、加gasteiger经验电荷、合并非极性氢
   ②设置可旋转键；
   ③保存lig.pdbqt；
   Autodock Tools受体文件准备：
   ①删水、加H原子、加gasteiger经验电荷、合并非
   ②保存rec.pdbqt；
2. 准备格点文件（AutoGrid）
   ①选择刚性受体；
   ②设置探针原子类型、设置盒子大小和位置；
   ③保存dock.gpf参数控制文件
   ④运行AutoGrid程序计算格点；
3. 分子对接计算（AutoDock）
   ①选择刚性受体和柔性配体；
   ②设置遗传算法构象搜索输出构象数目；
   ③保存dock.dpf参数控制文件
   ④运行AutoDock程序进行对接，输出dock.dlg；

AutoDock 对接体系： PDB 1IEP

AutoDock对接结果分析与评价：

1. 能量分析
2. 聚类分析
3. 与X-ray晶体构象对比
4. 最优结合构象的选择
   
   
   

导出对接配体分子构象及复合物

• 点击“Buld current”可以叠合两个对接构象进行比较；
• 点击“Build Al"可以叠合所有配体构象（如果数目多别尝试）；
• 点击“Play Parameters”可设置播放帧速率、开始帧、结束帧等
• 点击“Write current”保存当前显示的对接配体构象；点击Write Complex存当前显示的对接受体-配体复合物构象。
  
  
  

在PyMol查看

总结（最优结合构象的挑选原则）

最优结合构象的选择

• 以实测晶体结构作为参考；（如果有受体配体结合晶体）
• 选择在活性口袋亲和力高的；
• 选择聚类占优势的；
• 受体-配体非共价相互作用做分析（结合文献判断筛选合适的构象）
• 全柔性对接获得更优的构象；
• 将半柔性对接的结果（复合物）进行分子动力学模拟达到稳态，以稳态构象重新对接；