標籤: 暫無標籤

分子對接(molecular docking)是分子模擬的重要方法之一,其本質是兩個或多個分子之間的識別過程,其過程涉及分子之間的空間匹配和能量匹配。分子對接方法在藥物設計、材料設計等領域有廣泛的應用。

1 分子對接 -簡介

分子對接(molecular docking)是分子模擬的重要方法之一,其本質是兩個或多個分子之間的識別過程,其過程涉及分子之間的空間匹配和能量匹配。分子對接方法在藥物設計、材料設計等領域有廣泛的應用。

2 分子對接 -原理與方法


產生表面產生表面
分子對接依據配體與受體作用的「鎖-鑰原理」(lock and key principle),模擬小分子配體與受體生物大分子相互作用。配體與受體相互作用是分子識別的過程,主要包括靜電作用、氫鍵作用、疏水作用、范德華作用等。通過計算,可以預測兩者間的結合模式和親和力,從而進行藥物的虛擬篩選。

分子對接首先產生一個填充受體分子表面的口袋或凹槽的球集,然後生成一系列假定的結合位點。依據受體表面的這些結合點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,來計算其結合的模式和親和力,並對計算結果進行打分,評判配體與受體的結合程度。

分子對接方法的兩大課題是分子之間的空間識別和能量識別。空間匹配是分子間發生相互作用的基礎,能量匹配是分子間保持穩定結合的基礎。對於幾何匹配的計算,通常採用格點計算、片斷生長等方法,能量計算則使用模擬退火、遺傳演算法等方法。

各種分子對接方法對體系均有一定的簡化,根據簡化的程度和方式,可以將分子對接方法分為三類。
剛性對接:剛性對接方法在計算過程中,參與對接的分子構像不發生變化,僅改變分子的空間位置與姿態,剛性對接方法的簡化程度最高,計算量相對較小,適合於處理大分子之間的對接。

半柔性對接
:半柔性對接方法允許對接過程中小分子構像發生一定程度的變化,但通常會固定大分子的構像,另外小分子構像的調整也可能受到一定程度的限制,如固定某些非關鍵部位的鍵長、鍵角等,半柔性對接方法兼顧計算量與模型的預測能力,是應用比較廣泛的對接方法之一。

柔性對接:柔性對接方法在對接過程中允許研究體系的構像發生自由變化,由於變數隨著體系的原子數呈幾何級數增長,因此柔性對接方法的計算量非常大,消耗計算機時很多,適合精確考察分子間識別情況。

3 分子對接 -常用分子對接軟體

常用的分子對接軟體有很多,有免費開源的,也有商業收費的。


DOCK(開源) Dock是目前應用最廣泛的分子對接軟體之一,由Kuntz課題組開發。Dock應用半柔性對接方法,固定小分子的鍵長和鍵角,將小分子配體拆分成若干剛性片斷,根據受體表面的幾何性質,將小分子的剛性片斷重新組合,進行構像搜索。在能量計算方面,Dock考慮了靜電相互作用、范德華力等非鍵相互作用,在進行構像搜索的過程中搜索體系勢能面。最終軟體以能量評分和原子接觸罰分之和作為對接結果的評價依據。

DOCK是以源代碼發布,對學術用戶免費。可以向官方發郵件申請,他們會返回一個下載鏈接和帳號,可以使用5次。
官方主頁:
http://docking.org/
 

AutoDock(開源免費) Autodock是另外一個應用廣泛的分子對接程序,由Olson科研組開發。AutoDock應用半柔性對接方法,允許小分子的構像發生變化,以結合自由能作為評價對接結果的依據。自從AutoDock3.0版本以後,對能量的優化採用拉馬克遺傳演算法(LGA),LGA將遺傳演算法與局部搜索方法相結合,以遺傳演算法迅速搜索勢能面,用局部搜索方法對勢能面進行精細的優化。

據官方數據顯示,Autodock是引用文獻最多的軟體(Sousa, Fernandes & Ramos (2006) Protein-Ligand Docking: Current Status and Future Challenges  Proteins, 65:15-26)。AutoDock向外提供源代碼,只要下載協議單(license agreement),簽名後傳真發回,就可以獲得下載鏈接和帳號信息。
這裡有一些精美的小電影可以下載:
http://autodock.scripps.edu/movies
官方主頁:
http://autodock.scripps.edu/
 

Flexx(商業) FlexX是德國國家信息技術研究中心生物信息學演算法和科學計算研究室開發的分子對接軟體,目前已經作為分子設計軟體包Sybyl的一個模塊實現商業化。FlexX使用碎片生長的方法尋找最佳構像,根據對接自由能的數值選擇最佳構像。FlexX程序對接速度塊效率高,可以用於小分子資料庫的虛擬篩選。


3D-Dock(開源免費) 3D-DOCK,免費以源代碼發布,分為三個部分:FTDock, RPScore,MultiDock。
官方主頁:
http://www.bmm.icnet.uk/docking/


Glide(商業收費) Glide,收費軟體,是maestro軟體包中的一個模塊。運算速度也很快。


GOLD(商業收費) GOLD,收費軟體,精度很好。以前可以申請2個月的試用版,不知現在是否還可以。



4 分子對接 -分子對接應用

分子對接應用有:小分子與蛋白對接,常用於計算機輔助藥物設計(CADD);小分子與核酸對接;蛋白與蛋白對接...
分子對接小分子與蛋白對接

上一篇[概率論與隨機過程]    下一篇 [軟素質]

相關評論

同義詞:暫無同義詞