在前面的例子中,AutoDock Vina
能把配体构象调整到几乎原生的构象,验证了这一预测方法的准确度。下面,我们尝试docking另外一个配体药物nelfinavir奈非那韦
,来展示如何寻找小分子在蛋白内的结合位点。这个过程可以进一步地凝练和扩展作为“虚拟筛选(virtual screening)”的步骤。
1OHR.pdb
获得)pdbqt
格式文件。PyMOL
可视化结果。
Detected 4 CPUs Reading input ... done. Setting up the scoring function ... done. Analyzing the binding site ... done. Using random seed: 2009 Performing search ... done. Refining results ... done. mode | affinity | dist from best mode | (kcal/mol) | rmsd l.b.| rmsd u.b. -----+------------+----------+---------- 1 -11.2 0.000 0.000 2 -11.0 1.878 9.618 3 -9.8 1.354 4.254 4 -9.6 1.732 8.679 5 -9.5 1.192 1.814 6 -9.2 1.669 2.269 7 -9.0 2.003 8.075 8 -8.7 1.850 3.803 9 -8.4 1.856 9.549 Writing output ... done.1OHR.pdb
文件,在对象面板中依次点选1OHR行
-H
-Hide everything
-S
-Show cartoons
-C
-By chain
。从图中可以看到这两个蛋白酶体在空间的方向不同,因此我们需要重新比对这两个结构,运行PyMOL> align 1OHR, 1hsg_prot
,可以看到两个结构完全重合了。
You may have observed that moving the structure around the window is a bit difficult since the origin of the view has been altered when you loaded 1OHR.pdb. To reset it, try:PyMOL> reset
,运行之后没有看到变化。
Docking结果展示。第一张图表示2个晶体结构align前的展示;第二张图表示2个晶体align后重合在了一起。白色化合物为1OHR PDB晶体结构中配体nelfinavir的构象,视为金标准。红色为本教程的结果(只加极性氢)。
1OHR
中的nelfinavir (残基为1UN)
,运行PyMOL> select nelfinavir, 1OHR and resn 1UN
;在对象面板更改其展示方式,依次点选S
-Show sticks
-C
-white
。通过与金标准比对,判断哪个构象是预测的最佳模式。
Docking第一张图表示AutoDock Vina输出结果的Best Mode与金标准的比对情况;第二张图表示AutoDock Vina输出结果的Second Best Mode与金标准的比对情况;白色化合物为1OHR PDB晶体结构中配体nelfinavir的构象,视为金标准。红色为本教程的结果(只加极性氢)。结果看到second best mode
看上去吻合的更好,为什么呢?从日志的结合能量来看,best mode
和second best mode
只差了0.2。
那么还有一个问题,1SHG的chainA与1OHR的chainA是不是一个呢?我们比对1OHR的chainA与1HSG的chainB,PyMOL> align 1OHR and chain A, 1hsg_prot and chain B
。
Docking结果展示。第一张图表示2个晶体结构align后重合在了一起。第二张图表示1OHR的chainA与1HSG的chainB比对的结果。白色化合物为1OHR PDB晶体结构中配体nelfinavir的构象,视为金标准。红色为本教程的预测的second best mode结果(只加极性氢)。
静电作用在分子docking过程中发挥着重要的作用,接下来将观察静电力是如何与配体作用的。前面提到,PDB结构中不包含原子的局部电荷信息,而这对静电力场的计算是很重要的。因此我们需要给PDB文件中增加这一数据。
为了完成这一任务,我们需要在http://www.poissonboltzmann.org/注册,然 后下载安装软件APBS
和pdb2pqr
。
APBS
直接下载使用默认的安装目录安装即可;pdb2pqr
解压缩到C:\pdb2pqr
; 路径中不能有空格。
设置环境变量:我的电脑
-属性
-高级系统设置
-高级
-环境变量
-系统变量中选中PATH
-编辑
-新建
-加入安装路径(如下图所示)
安装完成之后,启动PyMOL,会在Plugin
下看到APBS Tools
。
打开PyMOL并读入1hsg_prot.pdb
,然后通过下述步骤启动并配置APBS, 依次点击菜单或按钮:
Plugin
- APBS Tools
- Main
- Select Use PyMOL generated PQR and PyMOL generated Hydrogens and termini
(这步操作是给PDB文件中的每个原子 加氢、局部电荷和计算原子半径;This adds hydrogens and assigns partial charges and atomic radii to each atom in the PDB file.)Configuration
- Set grid
(点击后定义了一个保护蛋白的框,但并未显示 ,因此点击后看不到框,但可以看到一系列的计算过程体现在展示界面。This defines a grid that encloses the protein, but Grid is not displayed on the screen) - System Temperature = 300
- on concentration (+1) and (-1) to 0.15
(相当于 0.15摩尔的阳离子和阴离子, which is equivalent of 0.15M cations and anions)Run APBS
- Visualization
-Update
(如果出现Unable to open file error,运行命令PyMOL > load C:\Users\ct\AppData\Local\Temp\pymol-generated.dx
) - Molecular Surface - Show
左图为配置加氢的参数;中图是设置GRID;右图为设置可执行文件的路径
左图是展示APBS计算结果;中图为计算结果路径;右图为结果展示
静电等高线图(Electrostatic isocontours)
PyMOL makes this step very easy: adjust the positive and negative “Contour” fields to the desired values (usually ±1, ±5, or ±10 kT/e) and hit the Positive Isosurface and Negative Isosurface and Show buttons.
±1 kT/e electrostatic potential isocontours of FAS2 in PyMOL
If the colors are not as you expect, you can change the colors of the objects iso_neg
and iso_pos
in the main menu. By convention (for electrostatics in chemistry), red
is negative
(think oxygen atoms in carboxyl groups) and blue
positive
(think nitrogen atoms in amines).
得到这个图之后,我们首先需要看配体是否落在受体的”口袋”里;然后检查配体与受体之间原子的化学匹配,如配体中的碳原子应该与受体的疏水原子结合, 氮原子和氧原子与其受体中相近原子结合;然后看有没有电荷互补;最后根据已有知识查看结合q区域有没有包括蛋白的活性位点, 以及活性位点怎么与受体相互作用的。
Analyze
-Dockings
-Open AutoDock Vina result
-选择`结果PDBQT文件
dockingResult.pdbqt-
Single molecular with multiple conformations`。Analzye
-Macromolecule
-Open
-1hsg_prot.pdbqt
左图是Vina结果展示;右图为蛋白结果展示
Analyze
-Dockings
-Show interactions
This display is radically different: the viewer background color is white, the ligand is displayed with a solvent-excluded molecular surface, atoms in the receptor which are hydrogen-bonded or in close-contact to atoms in the ligand are shown as spheres AND pieces of secondary structure are shown for sequences of 3 or more residues in the receptor which are interacting with the ligand. The GUI for this command lets you turn on and off different parts of this specialized display as well as list interactions in the python shell.
配体与受体作用展示, 使用方向键切换不同的配体构象
prepare_receptor4.py -r 1hsg_prot.pdb -o 1hsg_prot.auto.pdbqt -A hydrogens
。【注:脚本在目录mgltools_x86_64Linux2_1.5.6/MGLToolsPckgs/AutoDockTools/Utilities24下, 自行添加到环境变量或参照软件安装部分】prepare_ligand4.py -l indinavir.pdb -o indinavir.auto.pdbqt -A bonds_hydrogens
。vina --config conf.txt
prepare_receptor4.py
和prepare_ligand4.py
支持pdb\mol2
格式文件。babel -icdx Ligand_1.cdx -omol2 ligand.mol2 --gen3D
[参数--gen3D
输出立体结构]。babel -i sdf Ligand.sdf -o mol2 ligand.mol2 --gen3D
。