分子对接|使用Schrödinger中的Glide模块进行分子对接

1. 蛋白准备

1.1 为什么进行蛋白准备?

从PDB晶体结构数据库中下载下来的晶体结构不适合直接用于分子对接。PDB数据库中的晶体结构仅含有重原子,并且可能含有共结晶配体、水分子、金属离子和辅因子等。多聚体结构则可能需要取出单体结构。另外,PDB数据库中的结构可能缺少连接信息,因此必须重新分配连接信息、键序和形式电荷。Schrödinger的Protein Preparation Wizard模块便是用于准备蛋白结构以解决上述问题。

1.2 蛋白准备流程

下面列出了蛋白准备的基本流程,在该流程中假设初始的蛋白结构是PDB格式,里面含有共结晶的配体分子,不含氢原子。在其他的蛋白结构准备过程中需要针对具体问题具体分析,在一些案例中,并不需要把下面所有步骤都走一遍。

(1) 将PDB晶体结构库中的蛋白配体复合物结构导入Maestro中。

(2) 定位需要保留的水分子,删掉其他水分子。通常和金属原/离子有相互作用的以及桥连蛋白和配体的水分子需要保留,其他的水分子删掉。

(3) 简化多聚复合物。如果PDB数据库中蛋白结构是多聚体,查看是否该多聚体有重复的结合位点和重复的链,如果有的话仅保留一个,删掉其他冗余的结构。

(4) 调整蛋白、金属离/原子和辅因子。

修补缺失的残基,如果缺失的残基距离结合位点比较远则一般不影响对接结果,如果缺失的残基在结合位点附近则一定要补全;检查蛋白结构中的金属原/离子;如果有键连着金属离子,则要将键删掉,并调整与金属离子相连原子和金属离子的形式电荷;设置金属原子的电荷并且纠正原子类型;设置辅因子的键序和形式电荷;修正摆向错误基团的方向。

(5) 调整配体的键序和形式电荷。

(6) 如果需要的话,调整蛋白和配体的离子化状态和互变异构状态。

(7) 精炼结构。能量最小化,调整基团摆向。

(8) 检查准备好的结构。

检查整体结构的形式电荷和质子化状态,并根据需要进行调整。检查水分子以及其他基团的取向,如酰胺、羟基的取向等。

1.3 Schrödinger中Protein Preparation Wizard进行蛋白准备 (实际操作)

简介:Protein Preparation Wizard模块可以帮助用户自动进行蛋白准备。经过该模块准备后的蛋白结构可用于后续的其他计算任务,如Glide、Prime、QSite和MacroModel。

Protein Preparation Wizard模块的打开方式如下图:

Protein Preparation Wizard模块的主界面简介如下所示:

(1) 蛋白结构输入

(2) 蛋白结构预处理

(3) 修复蛋白结构的一些问题

问题(Problem)对话框列出了出现原子缺失(通常是侧链)、原子类型错配、原子重叠或原子位置交替等问题的原子和残基。如果检测到任何这些问题,它会在预处理结束时自动打开。

(4) 检查结构并删除不想要的基团

(5) 优化蛋白氢键网络

优化氢键网络主要是重新优化羟基、硫醇、水分子、天冬酰胺和谷氨酰胺中氨基、组氨酸的咪唑环的摆向,预测组氨酸、天冬氨酸和谷氨酸的质子化状态以及组氨酸的互变异构态。这一步的优化是非常有必要的,因为X晶体衍射中并不能确定羟基、硫醇、水分子、天冬酰胺和谷氨酰胺中氨基、组氨酸的咪唑环的摆向。

(6) 氢键网络的交互优化

(7) 能量最小化

(8) 具体操作总结:

2. 对接盒子生成

2.1 设置用于生成盒子的受体参数

2.2 选择对接盒子中心并设置盒子尺寸

2.3 为对接盒子生成设置约束条件

设置约束使 Glide 能够在评估对接适用性的早期即可筛除不符合这些约束的配体、构象或姿势。

2.4 为对接盒子生成设置可旋转基团

2.5 为对接盒子生成设置排除体积

在某些情况下,您可能希望防止配体占据某些空间区域。例如,如果您在已知配体不结合的活性位点附近有一个口袋,您可能希望阻止配体占据该口袋。另一种情况是蛋白质的某些部分缺失,而您想要防止配体占据该区域。

2.6 生成盒子

run即可

2.7 具体操作总结

需要具体问题具体分析,一般只需要进行盒子中心位点选择和盒子尺寸设置即可。其他根据项目的具体情况根据上述参数说明进行参数设置即可。最终可生成glide-grid_1.zip的盒子信息文件。

3. 配体准备

LigPrep是薛定谔中用于准备配体高质量、全原子的三维结构的软件集。LigPrep最简单的用法是去产生单一的低能量并且手性正确的三维结构。LigPrep还可以用于产生各种电离状态、拓扑异构状态、立体化学和环构象的分子。并且还可以i指定条件来过滤分子。

3.1 配体准备LigPrep流程

(1) 转换分子格式:将输入分子的格式 (sdf, mol, mol2) 转换为mae格式。

(2) 加氢

(3) 移除不想要的原子:去除盐

(4) 中和带电基团

(5) 产生质子化状态

(6) 产生互变异构结构

(7) 设置条件过滤结构

(8) 产生正确的手性结构

(9) 产生三维结构并且能量最小化

(10) 转换输出文件格式

3.2 LigPrep实际操作

配体准备完成之后可生成ligprep_1文件夹,文件夹下即配体准备完成之后的文件。

4. 分子对接

薛定谔的Ligand Docking模块用于进行分子对接。

4.1 加载对接盒子

4.2 加载配体

4.3 对接设置

4.4 限制配体对接到指定的核心上

4.5 设置约束条件

4.6 为对接设置扭转约束

4.7 设置输出

4.8 对接具体操作总结

一般需要导入对接盒子和配体,然后设置对接精度,设置输出选项,其他默认即可,具体问题需要具体分析。最后如下设置核数和子任务进行对接即可。

5. 结果分析

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