【《面向多糖化合物的分子对接系统设计案例》2400字】

面向多糖化合物的分子对接系统设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u31593面向多糖化合物的分子对接系统设计案例 18011.1.环境架构 1295981.2.数据集与评价指标 1156611.3.蛋白质与糖分子文件对接 2147531.3.1.寻找结合位点 2313121.3.2.执行分子对接 345601.4.web系统设计 429661.5.系统测评 9环境架构实验采用国家实验室的CPU节点。整体实验处于linux环境下，采用AutoDockVina程序进行对接。配体和蛋白质之间的结合位置和亲和力是计算机辅助药物设计的重要信息。在蛋白-配体相互作用过程中，存在诱导契合效应，结合过程中其构象都会产生对应的变化，要进行准确的对接则必须考虑到受体和配体的实际柔性结构[25]。在药物发现项目的初始阶段，这些信息通常通过分子对接方法获得。AutoDockVina作为常用的开源和自由软件工具，经常被用于执行此任务，在过去十年中被引用了6000多次，因而使用这一对接软件程序对测试多糖化合物对接的成功率非常有意义[26]。同时，AutoDockVina具有额外的并行化水平，可以增加多核机器上的虚拟筛选吞吐量；而且通过分析影响每个配体执行时间的因素，包括活性扭转的数量、重原子和耗尽性，可以改善用于筛选配体库的总时间[27]。建立project文件夹用于存放实验程序，其中包括code和date两个子文件夹。code文件夹包含vina-carb.sh，用于存放改写评分函数后的实验程序；date文件夹包含靶点pdbqt、糖类分子pdbqt、config.sh，用于存放实验数据集和结合位点三维坐标。数据集与评价指标实验数据集包括蛋白靶点文件与糖类分子文件。蛋白晶体结构从PDB数据库下载，由于蛋白晶体具有配体、水分子，需要先去除。通过其他软件如Pymol、Glide、DS等去除蛋白中的水分子，删除多余的链，并把原配体分子提离出来，将单独的蛋白文件和配体文件均保存为.pdb格式。对接文件需要统一格式为.pbdqt文件，使用格式转换代码对蛋白文件和配体文件进行格式转化：/home/csywz/L/X/software/mgltools/mgltools_x86_64Linux2_1.5.6/bin/python/home/csywz/L/X/package/prepare_receptor4.py-l$pdbfile-o$pdbqtfile-Abonds-Ulps/home/csywz/L/X/package/prepare_ligand4.py-l$pdbfile-o$pdbqtfile-Abonds-Ulps对接结果的评价指标是由评分函数给出的打分affinity，通过评分函数的比较评估（CASF）基准，确定其对接能力的效果评判标准[28]。评分函数通过评估对接结果的内在性能，预测分子的亲和力，对构象进行打分评比，筛选出接近天然构象结构且具有最佳受体亲和力的对接构象。评分函数得分的绝对值越大，结合构象能量越低，则证明所得结果精度越高，更接近目标构象实际活性数值。蛋白质与糖分子文件对接寻找结合位点执行对接前需要寻找蛋白分子结合的活性位点。蛋白质通过结合天然的配体来发挥其生物学功能，这些天然配体的结合位点很可能就是其抑制剂或激动剂的结合位点。如果缺少这些相应的生物学注释，也可以借助于计算分析，从拓扑、物化性质等多个角度来考察蛋白表面，找到合适的结合位点，并和实验信息相结合，最后确定活性位点[29]。参考Katja，Ostermeir等人提出的基于分子动力学副本交换的识别生物分子表面上假定的配体结合位点的方法，采用模糊限制，允许参考复制中的紧密接触，但在较高的复制中促进瞬时分离[30]。编辑脚本文件config.sh，计算蛋白质分子和聚糖分子的结合位点的三维坐标，将计算结果保存至config.txt中。计算x,y,x三维坐标范围xmin=`egrep'ATOM|HETATM'$ligand|cut-c31-38|sort-n|head-n1|bc`xmax=`egrep'ATOM|HETATM'$ligand|cut-c31-38|sort-n|tail-n1|bc`ymin=`egrep'ATOM|HETATM'$ligand|cut-c39-46|sort-n|head-n1|bc`ymax=`egrep'ATOM|HETATM'$ligand|cut-c39-46|sort-n|tail-n1|bc`zmin=`egrep'ATOM|HETATM'$ligand|cut-c47-54|sort-n|head-n1|bc`zmax=`egrep'ATOM|HETATM'$ligand|cut-c47-54|sort-n|tail-n1|bc`调整x,y,x三维坐标尺寸size_x=`echo"scale=3;$xmax-$xmin"|bc`size_y=`echo"scale=3;$ymax-$ymin"|bc`size_z=`echo"scale=3;$zmax-$zmin"|bc`计算活性口袋坐标center_x=`echo"scale=3;($xmax+$xmin)/2"|bc`center_y=`echo"scale=3;($ymax+$ymin)/2"|bc`center_z=`echo"scale=3;($zmax+$zmin)/2"|bc`生成坐标文件config.txt，保存活性口袋坐标的三维地址：图31生成的结合位点坐标执行分子对接评分函数中包括姿势评分和秩分数两大过程，姿势评分通常是配体与活性部位匹配程度的粗略衡量；秩分数通常更为复杂，可能试图估算结合能。排名是比姿势评分更高级的过程，通常从初始评分阶段获取多个结果重新评估，试图尽可能准确地估计结合的自由能。姿势评分阶段可能使用简单的能量计算（静电和范德华），但排名过程通常涉及更复杂的计算（可能包括熵或显式溶剂化等属性）[31]。鉴于当前评分功能的不完善，采用的解决方法是引入共识评分方案。一致性评分将来自不同分数的信息结合起来，以平衡单个分数中的错误，并提高识别“真实”配体的概率。在原有AutoDockVina程序中将CHI能量函数并入评分函数，并添加影响CHI能量惩罚大小的CHI能量权重项和否定低于指定值的CHI能量惩罚的CHI截止项两个可调参数，生成vina-carb程序，添加能量信息，从而平衡原有模型中的能量错误问题。执行vina-carb的调用指令，对蛋白质和聚糖分子执行对接，等待对接结果。web系统设计主页：简要介绍现有的面向多糖化合物的分子对接技术中存在的不足，讲述本次设计中进行的优化技术和优化措施，并简要介绍其中的数个关键词。图32web主页展示多糖分子对接处理介绍页：详细介绍面向多糖的分子对接技术，阐述当前的应用缺陷，并针对问题提出相应的改进方法。介绍整体的分子对接系统，说明改进后的系统优点。图33多糖分子对接处理介绍页展示文件准备页：简要介绍分子对接技术中的受体和配体，实现上传受体文件和配体文件的功能。图34文件准备页展示新建任务页：输入对接任务的各项信息，新建对接任务。图35新建任务页展示对接处理页：显示所有对接任务记录，查看任务状态。图36对接处理页展示查看任务页：显示选定任务的对接结果，展示对接结果的数据和3D构象。图37查看任务页展示系统测评实验采用1g1r蛋白质分子和1fqd糖类分子进行对接，确定配体的特定构象和方向是否与活性部位相匹配的过程通常是一个模糊过程，会返回许多可选结合构象。图381fqd糖分子和1g1r蛋白的其中一种结合构象结合对接结果对系统进行测评。modeaffinity(kcal/mol)chienergyaffinity-chidistfrombestmodermsdl.b.rmsdu.b.1-3.20.5-3.70.0000.0002-3.00.7-3.73.3025.5993-2.90.4-3.32.1808.9844-2.90.5-3.32.3795.3525-2.80.9-3.71.9723.8366-2.60.6-3.22.9677.0327-2.41.0-3.41.9183.0808-2.40.7-3.02.9636.5399-2.30.6-2.92.1573.975表31对接结果第一列对应着筛选后评分最高的九个构象的编号，代表着此次对接中最符合现实能量条件的多糖化合物对接构象。第二列affinity参数是使用能量函数调整评分函数之前的评分函数打分。第三列chienergy参数代表着添加的能量函数对现有对接模型的校正情况。第四列affinitychi参数是经过能量参数校正之后的