分子對(duì)接方法

1、分子對(duì)接,Molecular docking,1,計(jì)算機(jī)輔助藥物設(shè)計(jì)的方法學(xué),基于配體的藥物設(shè)計(jì)方法基于受體的藥物設(shè)計(jì)方法基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì),2,基于受體的藥物設(shè)計(jì)方法,?通過受體的特征以及受體和藥物分子之間的相互作用方式來進(jìn)行藥物設(shè)計(jì)的方法。?“有的放矢”?主要方法 分子對(duì)接法?從頭設(shè)計(jì),3,分子對(duì)接,1.概念2.原理3.一般過程4.分類5.代表性軟件6.DOCK軟件7.AUTODOCK軟件,4,1 分子對(duì)

2、接的概念,?受體和藥物分子之間通過空間匹配和能量匹配而相互識(shí)別形成分子復(fù)合物，并預(yù)測(cè)復(fù)合物結(jié)構(gòu)的操作過程。?整體上考慮配體與受體的結(jié)合效果，較好地避免局部作用較好、整體結(jié)合欠佳的情況。,5,2 分子對(duì)接的原理,?理論基礎(chǔ)： “鎖和鑰匙模型”?“誘導(dǎo)契合模型”重要原則：?互補(bǔ)性：決定識(shí)別過程的選擇性?預(yù)組織性：決定識(shí)別過程的結(jié)合能力,6,分子對(duì)接的最初思想起源于Fisher E提出的“鎖和鑰匙模型”。即受體與配體的相互識(shí)別

3、首要條件是空間結(jié)構(gòu)的匹配,配體 受體 復(fù)合物,受體－配體的鎖和鑰匙模型,7,Oh boy! What a perfect match,這類方法首先要建立大量化合物（例如幾十至上百萬個(gè)化合物）的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)，然后將庫(kù)中的分子逐一與靶標(biāo)分子進(jìn)行“對(duì)接”（docking），通過不斷優(yōu)化小分子化合物的位置（取向）以及分子內(nèi)部柔性鍵的二面角（構(gòu)象），尋找小分子化合物與靶標(biāo)

4、大分子作用的最佳構(gòu)象，計(jì)算其相互作用及結(jié)合能。在庫(kù)中所有分子均完成了對(duì)接計(jì)算之后，即可從中找出與靶標(biāo)分子結(jié)合的最佳分子（前50名或前100名）,8,3分子對(duì)接的基本原理,藥物與受體的結(jié)合強(qiáng)度取決于結(jié)合的自由能變化,?G結(jié)合 = ?H結(jié)合 - T?S結(jié)合 = -RT ln Ki,大部分的分子對(duì)接法忽略了全部的熵效應(yīng)，而在焓效應(yīng)也只考慮配體與受體的相互作用能，即：,Einteraction= Evdw + Eelectrostatic +

5、Eh-bond,9,3 分子對(duì)接的一般過程,?找出空穴，定出表面?調(diào)整受體位點(diǎn)或藥物的構(gòu)象?計(jì)算對(duì)接時(shí)受體－藥物相互作用能量?進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬?復(fù)合物的全局最優(yōu)結(jié)合構(gòu)象,10,,,11,,,12,,,13,,,14,,,15,4 分子對(duì)接的分類,?剛性對(duì)接：研究體系的構(gòu)象不發(fā)生變化。?半柔性對(duì)接：研究體系尤其是配體的構(gòu)象允許在一定范圍內(nèi)變化。?柔性對(duì)接：研究體系的構(gòu)象是可以自由變化的。,16,3分子對(duì)接的基本方法,（一）

6、剛性的分子對(duì)接方法,這種方法是最初的分子對(duì)接的方法，在對(duì)接中，小分子和蛋白質(zhì)兩種都保持剛性。,（1）基于最大團(tuán)搜索的方法 （Clique-Search Based Approaches）,對(duì)接兩個(gè)剛性分子可以理解為分子在空間的匹配問題，這種匹配可以是一種形狀上的互補(bǔ)或相互作用。如氫鍵受體與氫鍵給體的互補(bǔ)。搜索在三維空間中有效的條件下的最大匹配,17,受體的活性位點(diǎn),配體,有效匹配的距離圖集,受體－配體的示意圖，字母代表特征部分如氫鍵

7、等，相應(yīng)的有效匹配的圖集如右，三個(gè)環(huán)性頂點(diǎn)組織的三角形為這個(gè)圖集的一個(gè)最大團(tuán)(clique),18,Dock對(duì)接程序中剛性對(duì)接的算法就是基于這種思想,Dock利用球集來表示受體活性位點(diǎn)和配體的形狀,19,一系列的球集填充在受體活性位點(diǎn)的表面，這些球集代表能被配體占據(jù)的體積。配體可以用球集表示或者用自己的原子表示，在Dock程序中，四個(gè)有效匹配的對(duì)應(yīng)點(diǎn)被考慮，先考慮配體中第一個(gè)球集與活性位點(diǎn)的球集的匹配，第二個(gè)點(diǎn)則滿足?d ≤ ε，其中?

8、d為第二個(gè)匹配點(diǎn)中配體和受體的球心與第一個(gè)點(diǎn)球心的距離，第三個(gè)點(diǎn)又必需滿足與前兩個(gè)球心的距離限制，以上過程一直進(jìn)行到找不到更多匹配點(diǎn)為止。,20,（2）基于幾何哈希技術(shù)“geometric hashing”的方法,第一部分中，幾何哈希表從被對(duì)接的一個(gè)配體或一系列配體中構(gòu)建 。哈希矩陣含有配體名字和能調(diào)整配體在空間方向的參考框架。,第二部分即識(shí)別階段，蛋白質(zhì)的特征用來識(shí)別哈希矩陣，每一次匹配表示蛋白質(zhì)的特征與哈希矩陣中已定義好方位的配體相

9、匹配，具有大量匹配信息的哈希矩陣代表著具有幾個(gè)吻合特征的配體和方位,21,(3）基于pose clustering的方法,這種方法與幾何哈希的方法相類似，也是一種基于模式識(shí)別的方法。,在LUDI模型中，如圖所示，對(duì)每一個(gè)作用基團(tuán)，定義作用中心和作用表面。受體的作用表面近似地用離散的點(diǎn)表示，和對(duì)應(yīng)的配體的中心目標(biāo)點(diǎn)相匹配。,三個(gè)氫鍵受體的作用表面,Pose clustering 算法中的作用點(diǎn),22,（二）柔性對(duì)接的方法,（1）構(gòu)象的系綜

10、方法,Flexibase用來儲(chǔ)存小分子庫(kù)中每個(gè)分子的一系列不同構(gòu)象，用距離幾何和能量最小化的方法產(chǎn)生構(gòu)象，每個(gè)分子根據(jù)rmsd的差異選擇25個(gè)系列構(gòu)象。每個(gè)構(gòu)象采用FLOG剛性對(duì)接的方法進(jìn)行對(duì)接。,23,（2）片段的方法,片斷的方法是處理小分子柔性的最通用的方法，配體分割成一些小的片斷，這些片斷可以認(rèn)為是剛性構(gòu)象或一個(gè)小的構(gòu)象系綜。一般，有兩種方法來處理:第一種方法是把一個(gè)片段放入受體的作用位點(diǎn)，然后加上余下的片段，這種方法稱為連續(xù)構(gòu)

11、建 “incremental construction”.第二種方法把所有或一部分片段獨(dú)立地放入受體的作用位點(diǎn)，再重新連接至到構(gòu)成一個(gè)完整的配體分子，這種策略稱為“放置&加” “place & join”,24,第一個(gè)連續(xù)構(gòu)建的算法是Kuntz發(fā)展的Dock程序，首先，一個(gè)單獨(dú)的錨碎片通過手工選擇對(duì)接進(jìn)受體的活性結(jié)合位點(diǎn)，并且考慮了氫鍵的作用。其次這個(gè)錨的優(yōu)勢(shì)位置主要包含有有大量匹配氫鍵對(duì)，高打分值，和低相似性。接著，

12、一種回溯的算法（backtracking algorithm）用來搜索整個(gè)配體在結(jié)合位點(diǎn)的非重疊放置空間，在當(dāng)前位置加上一個(gè)碎片后，優(yōu)化的方法用來減少立體的張力和改善氫鍵的幾何構(gòu)型。最后的位置通過過濾，優(yōu)化和基于力場(chǎng)的方法來打分評(píng)價(jià)。FlexX也是一個(gè)基于連續(xù)構(gòu)建算法的對(duì)接程序,25,（3） 遺傳算法和進(jìn)化規(guī)劃,遺傳算法開始應(yīng)用到分子對(duì)接技術(shù)，其特點(diǎn)為 ：,第一步，一個(gè)稱為染色體的線性表示符能夠描述構(gòu)型的所有自由度，找到這個(gè)染色體描述符

13、是算法中最困難的一步。第二步，確定一個(gè)一個(gè)類似如打分函數(shù)的目標(biāo)函數(shù)。,著名的GOLD軟件包括了這種算法,26,（4）基于分子模擬的方法,模擬退火的方法，Autodock程序就采用了這種方法,分子動(dòng)力學(xué)的方法,Monte Carlo模擬，一種統(tǒng)計(jì)力學(xué)的方法，這種算法中最重要的兩部分是自由度的描述和能量的評(píng)價(jià)，合適的自由度描述可以避免較高能量的構(gòu)象，用鍵角、扭曲角等內(nèi)座標(biāo)來描述配體的柔性比用笛卡兒空間的三維座標(biāo)描述要強(qiáng)，同樣，能量的評(píng)價(jià)也是

14、最耗時(shí)，這一步時(shí)間必須足夠的長(zhǎng)。,27,分子對(duì)接的主要問題,如何找到最佳的結(jié)合位置 遺傳算法?模擬退火如何評(píng)價(jià)對(duì)接分子之間的結(jié)合強(qiáng)度?非鍵作用能?基于分子表面的溶劑化計(jì)算?半經(jīng)驗(yàn)的自由能計(jì)算,28,5 代表性對(duì)接軟件,名稱 構(gòu)象搜索方法 結(jié)合評(píng)價(jià)方法 速度Flex X (Sybyl)片段生長(zhǎng)法半經(jīng)驗(yàn)自由能快LigandFit(Cerius2)蒙地卡羅模擬 半經(jīng)

15、驗(yàn)自由能快Glide (薛定諤軟件)系統(tǒng)搜索 半經(jīng)驗(yàn)自由能一般Gold 遺傳算法半經(jīng)驗(yàn)自由能快Affinity（InsightII)蒙地卡羅/MM/MD分子力場(chǎng)慢AutoDock 遺傳算法半經(jīng)驗(yàn)自由能一般Dock 片段生長(zhǎng)法分子力場(chǎng) 快ICM-Dock 隨機(jī)全局優(yōu)化半經(jīng)驗(yàn)

16、自由能快Fred (openeye)系統(tǒng)搜索半經(jīng)驗(yàn)自由能快,29,Flex X對(duì)接軟件,?商業(yè)軟件模塊（Sybyl)?對(duì)接過程? 確定核心結(jié)構(gòu)片段?采用形態(tài)聚類算法，放置核心結(jié)構(gòu)?采用樹形搜索算法，其他部分片段依次生長(zhǎng)連接在核心結(jié)構(gòu)上,30,LigandFit對(duì)接軟件,商業(yè)軟件模塊（Cerius2)對(duì)接過程? 發(fā)現(xiàn)活性位點(diǎn)?進(jìn)行配體分子的構(gòu)象搜索?進(jìn)行分子對(duì)接?計(jì)算評(píng)分,31,Dock對(duì)接軟件,

17、?學(xué)術(shù)用戶免費(fèi)軟件http://docking.org/ 對(duì)接過程?準(zhǔn)備蛋白質(zhì)和配體分子計(jì)算MS表面積進(jìn)行活性位點(diǎn)特征描述建立評(píng)分格點(diǎn)對(duì)接計(jì)算?評(píng)分函數(shù)基于AMBER力場(chǎng)的分子間能量評(píng)分（范德華＋靜電）、接觸評(píng)分,32,AutoDock對(duì)接軟件,?免費(fèi)軟件http://autodock.scripps.edu/?只能進(jìn)行一個(gè)分子與蛋白質(zhì)的對(duì)接計(jì)算，不能進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)接，沒有平行化功能。?不需要預(yù)先知道活性位點(diǎn)。,

18、33,DOCK軟件,?自動(dòng)地模擬配體分子在受體活性位點(diǎn)地作用情況，并把理論預(yù)測(cè)最佳地相互作用方式記錄下來。?自動(dòng)搜索配體的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)。,34,Dock軟件,步驟1.分子的準(zhǔn)備工作2.活性位點(diǎn)的確定3.格點(diǎn)對(duì)接4.柔性對(duì)接,35,分子的準(zhǔn)備工作,在Chimera軟件中進(jìn)行 加氫原子?加電荷得到的文件：1）rec_charged.mol22）rec_noH.pdb3）lig_charged.mol2,36,

19、活性位點(diǎn)的確定,?填充受體分子表面口袋或凹槽的球集?每個(gè)負(fù)像代表一個(gè)可能的活性位點(diǎn)?聚類分析,37,負(fù)像個(gè)數(shù)的簡(jiǎn)化原則,?只考慮半徑最小的負(fù)像?僅保留夾角小于90度的負(fù)像（位于口袋淺表）?與負(fù)像相切的表面點(diǎn)必須間隔4個(gè)殘基?去掉半徑大于5埃的負(fù)像,38,程序命令,生產(chǎn)分子表面點(diǎn)? dms input_file -n -w 1.4 –o output_file?例如：dms rec_noH.pdb-n -w 1.4

20、 –o rec.ms?得到文件：rec.ms,39,不含氫原子的受體文件,形成負(fù)像文件名,程序命令,?產(chǎn)生負(fù)像文件? sphgen? 默認(rèn)的參數(shù)文件：INSPH?默認(rèn)輸入文件為rec.mc?默認(rèn)得到負(fù)像文件為rec.sph?默認(rèn)得到一個(gè)計(jì)算過程描述文件：OUTSPH,40,,,41,格點(diǎn)計(jì)算,?依據(jù)受體表面的這些結(jié)合點(diǎn)與配體分子的距離匹配原則，將配體分子投映到受體分子表面?保留僅是與受體有個(gè)的特征值?命令?

21、 showbox< box.in?輸出文件：rec_box.pdb,42,,,43,,,44,,,45,,,46,,,47,AutoDock對(duì)接軟件,準(zhǔn)備蛋白質(zhì)和配體?蛋白質(zhì)：加電荷和溶劑化，存為pdbqs格式?配體：加電荷，定義搜索的二面角和根片段格點(diǎn)對(duì)接：保留探針原子和受體之間的相互作用能對(duì)接計(jì)算：遺傳算法評(píng)價(jià)函數(shù)：半經(jīng)驗(yàn)的自由能計(jì)算? 范德華相互作用?氫鍵相互作用?靜電相互作用?溶劑化作用,4

22、8,8 分子對(duì)接計(jì)算的注意點(diǎn),小分子問題 起始構(gòu)象對(duì)對(duì)接結(jié)果有一定影響?對(duì)接時(shí)應(yīng)以代謝物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行?對(duì)分子進(jìn)行加電荷和加氫處理蛋白質(zhì)問題?如何選擇合理的蛋白質(zhì)活性位點(diǎn)對(duì)接問題?搜索結(jié)合模式的正確性、對(duì)接的效率、評(píng)分的正確性?采用多個(gè)軟件進(jìn)行評(píng)價(jià)，減少結(jié)合模式搜索誤差?定量指標(biāo)，需要結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)進(jìn)一步評(píng)價(jià),49,評(píng)價(jià)：打分函數(shù),每一個(gè)對(duì)接的算術(shù)都會(huì)采用平衡了時(shí)效和精確度的簡(jiǎn)單自由能預(yù)測(cè)方法，現(xiàn)在的打分函數(shù)主要包括三

23、種：基于經(jīng)驗(yàn)的回歸參數(shù)的方法；基于分子力場(chǎng)的方法和基于知識(shí)的方法、基于知識(shí)的打分函數(shù) 。,50,（1）基于力場(chǎng)的方法,只考慮熱焓對(duì)能量的貢獻(xiàn)，不考慮熵的影響，一般情況下，采用標(biāo)準(zhǔn)力場(chǎng)的非鍵作用能如真空靜電和范德華作用能用作打分函數(shù)，如DOCK程序中采用AMBER的能量函數(shù)：,51,（2） 基于經(jīng)驗(yàn)的打分函數(shù),基于經(jīng)驗(yàn)的打分函數(shù)用多元回歸的方法擬合各種物理參數(shù)對(duì)結(jié)合自由能的貢獻(xiàn)，如FlexX程序中采用下列函數(shù)，所采用的方程包括，配體旋轉(zhuǎn)鍵

24、的個(gè)數(shù)、氫鍵、離子鍵，疏水和芳香環(huán)的?堆積作用，以及親水作用。這種方法能快速直接地估算結(jié)合自由能，,52,（3）基于知識(shí)的打分函數(shù) 最初應(yīng)用于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)，打分函數(shù)用統(tǒng)計(jì)力學(xué)的方法得自蛋白質(zhì)－配體的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，結(jié)合自由能用函數(shù)為分子間距離的平均能的加和來計(jì)算?；谥R(shí)的打分函數(shù)是一種比較有前途的方法,53,虛擬篩選的具體流程,54,包括4個(gè)步驟：受體模型的建立；小分子庫(kù)的產(chǎn)生；計(jì)算機(jī)篩選和命中化合物的后處理。,第一步，

25、受體模型的建立：,蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)備是虛擬篩選的重要一步。虛擬篩選的蛋白靶標(biāo)的結(jié)構(gòu)可以從PDB庫(kù)(http://www.rcsb.org/pdb/index.html)中直接下載使用,也可以通過和家族中同源蛋白的序列、結(jié)構(gòu)信息比較，同源模建而得,1）大分子結(jié)構(gòu)獲取,55,2）接著是結(jié)合位點(diǎn)的描述，選擇合適的配體結(jié)合口袋對(duì)分子對(duì)接至關(guān)重要,一種是直接從配體－受體復(fù)合物結(jié)構(gòu)中抽出；,選擇口袋有兩種方式：,如果沒有復(fù)合物結(jié)構(gòu)，則需要根據(jù)生物功能

26、如結(jié)合、突變等實(shí)驗(yàn)信息來手動(dòng)選擇結(jié)合部位,56,第二步，建立小分子數(shù)據(jù)庫(kù),二維結(jié)構(gòu)用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換程序如CORINA、CONCORD實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化。,建好的三維結(jié)構(gòu)加氫加電荷后，便可以用于對(duì)接程序。,57,第三步，對(duì)接和打分，這一步是虛擬篩選的核心步驟。,對(duì)接操作就是把每個(gè)小分子放到受體蛋白的配體結(jié)合位點(diǎn)，優(yōu)化配體構(gòu)像和位置，使之與受體有最佳的結(jié)合作用，給最佳結(jié)合構(gòu)象打分，對(duì)所有化合物根據(jù)打分排序，然后從化合物庫(kù)中挑出打分最高的小分子。,

27、58,最后一步是命中化合物的后處理,通過計(jì)算分子的類藥性質(zhì)ADME/T (吸收absorption、器官分布distribution、體內(nèi)代謝metabolism、排泄excretion 和毒性toxicity)性質(zhì)的估算，排除那些不具有類藥性質(zhì)的分子。,可以利用一些經(jīng)驗(yàn)規(guī)則如“五規(guī)則” 等，快速排除那些不適合進(jìn)一步藥物開發(fā)的分子。,59,通過以上四步處理，大部分分子從化合物庫(kù)中剔除，形成一個(gè)合理大小的化合物庫(kù)，僅對(duì)這些適合成藥的化合物

28、或購(gòu)買、或合成、或分離得到，然后再進(jìn)行實(shí)際的生物測(cè)試。,60,對(duì)接方法尚需解決的問題：,分子的柔性,溶劑化效應(yīng),打分函數(shù),61,分子對(duì)接的應(yīng)用,62,（一） 配體對(duì)CDK2，CDK4激酶選擇性的研究,細(xì)胞周期蛋白依賴性蛋白激酶（cyclin-dependent kinases, CDKs）是一類Ser/Thr 蛋白激酶，直接參與調(diào)控細(xì)胞分裂周期，顧名思義，CDK只在周期蛋白Cyclin活化下才能工作. 現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了13種CDK蛋白激酶

29、和25種周期蛋白Cyclin，但它們具體的生物功能還不十分明了。其中CDK2、CDK5、CDK6已經(jīng)解析出晶體結(jié)構(gòu)，但CDKs的一級(jí)序列存在高的同源性，它們之間一級(jí)序列的高同源性暗示了三維結(jié)構(gòu)的相似性,CDK1、CDK2、CDK4、CDK6是基于CDKs結(jié)構(gòu)化學(xué)治療癌癥的主要靶標(biāo)。至今為止，文獻(xiàn)報(bào)告的CDKs抑制劑有多種,63,盡管化合物結(jié)構(gòu)各異，但所有CDKs的小分子抑制劑有一些共同的特點(diǎn)：,（1）一般小的分子量 （<600）;

30、 （2） 平面、疏水性的多環(huán)化合物；（3）主要通過和ATP競(jìng)爭(zhēng)來占據(jù)酶的ATP結(jié)合口袋；（4）主要通過疏水和氫鍵作用和酶結(jié)合；（5）配體與CDK2作用時(shí)，一般與Leu83和Glu81形成氫鍵。,64,NU6102 (6-cyclohexylmethyl-2-(4’-sulfamoylanilino) purine)是第一個(gè)基于活化狀態(tài)的CDK2-cyclin A復(fù)合物結(jié)構(gòu)的高效的小分子抑制劑。實(shí)驗(yàn)表明NU6102對(duì)CDK2和C

31、DK4有著不同的選擇活性，對(duì)CDK2有一個(gè)較高的親和力Ki= 6nM，但是對(duì)CDK4的親和力比較低Ki = 1600nM，為了解釋這種選擇性差異的起源,,小分子NU6102的結(jié)構(gòu),CDK2－NU6102的作用模式圖,65,解決思路：,采用同源模建、分子對(duì)接、分子動(dòng)力學(xué)模擬和自由能計(jì)算來闡明配體和激酶的作用機(jī)理。,由于CDK4的三維結(jié)構(gòu)還沒有解析出來，所以我們通過序列聯(lián)配、同源模建的方法得到CDK4的結(jié)構(gòu)，在通過分子對(duì)接的方法得到NU61

32、02－CDK4的復(fù)合物結(jié)構(gòu)。,66,CDK2和CDK4的序列聯(lián)配，序列同源性45.6%,67,通過分子對(duì)接得到CDK4－NU6102的作用模式,通過CDK4－NU6102復(fù)合物和CDK2－NU6102復(fù)合物結(jié)構(gòu)對(duì)比，可以很清楚地看到造成NU6102親和力差別的主要原因是在CDK2－NU6102復(fù)合物中，Asp86位起了一個(gè)很重要的識(shí)別作用，它與配體的磺胺基形成了兩個(gè)穩(wěn)定的氫鍵，并且通過能量分解的方法也可以得到導(dǎo)致配體活性差異主要識(shí)別基團(tuán)

33、在磺胺基,68,（二） SARS冠狀病毒3C-like蛋白酶抑制劑的設(shè)計(jì),熊兵等人結(jié)合同源模建、分子虛擬篩選的方法設(shè)計(jì)了抗SARS冠狀病毒3C-like蛋白酶的抑制劑。,SARS冠狀病毒3C－like蛋白酶在SARS病毒其他功能蛋白的形成過程中起重要作用，阻斷SARS病毒3C－like蛋白酶的作用可以阻止SARS病毒的復(fù)制，并最終達(dá)到治療SARS的目的,69,在TGEV的主蛋白酶三維晶體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了SARS病毒的3C－like蛋

34、白酶三維結(jié)構(gòu),SARS病毒的3C-like蛋白酶的三維模建結(jié)構(gòu),70,通過序列聯(lián)配和采用MOLCAD/SYBYL活性位點(diǎn)分析，表明SARS病毒3C-like蛋白酶和TGEV主蛋白酶兩者的結(jié)合口袋比較類似,同一結(jié)構(gòu)家族的組織蛋白酶抑制劑分別與SARS冠狀病毒3C-like蛋白酶和TGEV的主蛋白酶的復(fù)合物模型如圖7－23，從圖中可以看出兩者的作用模式也是十分類似。,SARS病毒3C-like蛋白酶和TGEV主蛋白酶與抑制劑結(jié)合圖,71,在

35、SARS病毒3C-like蛋白酶活性位點(diǎn)確定之后，再通過查詢MDDR數(shù)據(jù)庫(kù)得到了73個(gè)蛋白酶抑制劑的小分子數(shù)據(jù)，對(duì)SARS病毒3C-like蛋白酶和TGEV的主蛋白酶進(jìn)行了分子對(duì)接參數(shù)的調(diào)節(jié)和優(yōu)化。,結(jié)果表明大多數(shù)分子與兩個(gè)蛋白酶的結(jié)合相似，并且對(duì)DOCK打分進(jìn)行相關(guān)性分析，表明結(jié)合能力較為一致，,在優(yōu)化好的3Cl蛋白酶的三維結(jié)構(gòu)模型和DOCK對(duì)接程序參數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)含有數(shù)十萬多個(gè)小分子化合物庫(kù),72,用DOCK 4.0初篩，從每一個(gè)數(shù)

36、據(jù)庫(kù)篩選結(jié)果中選擇DOCK打分前1000名的分子，進(jìn)一步做類藥性分析和多種評(píng)價(jià)函數(shù)包括SYBYL中的Cscore打分函數(shù)和Autodock的經(jīng)驗(yàn)自由能評(píng)價(jià)方法進(jìn)行打分，再根據(jù)藥物化學(xué)家的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行人工挑選，最終對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)選擇100個(gè)分子進(jìn)行生物測(cè)試，這次虛擬篩選找到300個(gè)可能具有抗SARS冠狀病毒的候選化合物，發(fā)現(xiàn)了7個(gè)具有高活性的化合物，進(jìn)一步的細(xì)胞水平的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)5-HT受體拮抗劑具有明顯的抗SARS病毒感染和保護(hù)細(xì)胞的作用，其

37、EC50值小于10mg/L，這一研究成果已經(jīng)申請(qǐng)專利,73,DOCK具體操作實(shí)例,DOCK流程圖,74,DOCK具體操作步驟,（一）大分子的準(zhǔn)備,在Sybyl6.8中將原始PDB中的配體、水、離子及結(jié)合因子等刪除，然后把缺失的殘基和原子補(bǔ)全，分別存成protein.pdb和protein.mol2文件，其中protein.pdb不加氫、不分配電荷；protein.mol2文件加全氫，并分配電荷，電荷一般可選擇KOLLMAN　ALL AT

38、OM或KOLLMAN UNITED ATOM電荷。另外還需做exclude.pdb，該P(yáng)DB包含除組成活性口袋以外的殘基,75,76,（二）小分子的準(zhǔn)備,小分子加氫和Gasteiger Marsili電荷，并進(jìn)行簡(jiǎn)單的能量?jī)?yōu)化，將得到的所有小分子存成一個(gè)MOL2文件database.mol2,77,（三）用autoMS產(chǎn)生表面點(diǎn)，得protein.ms和INSPH文件，其中protein.ms為口袋的表面點(diǎn)文件，INSPH為球集生成程序

39、sphgen的輸入文件。> autoMS protein.pdb ,78,（四） 用sphgen產(chǎn)生表征口袋形狀的球集，得到protein.sph文件，該文件即為球集文件。用showsphere程序由protein.sph生成sphere.pdb，用Sybyl或Weblab等程序觀看球集的分布。,79,（五）用showbox產(chǎn)生一表征網(wǎng)格范圍的文件box.pdb,80,（六）計(jì)算打分用的網(wǎng)格文件，首先建立grid4的輸入文件g

40、rid.in，所需文件還有protein.mol2和box.pdb，然后用以下命名生成網(wǎng)格文件：> grid4 –i grid.in,81,（七）建立dock的輸入文件dock.in，所需文件還有protein.sph、database.mol2和網(wǎng)格文件，然后進(jìn)行dock：> dock4 –i dock.in,82,（八）Dock完畢后得到結(jié)果文件result.info和result.mol2，以及保留恢復(fù)文件re