分子对接 | 相互作用研究的重要手段

日期:2019-09-08 10:38

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模拟分子间相互作用


 

    分子对接(Molecular Docking)是依据配体与受体作用的“锁-钥原理” (lock & key principle),模拟配体小分子与受体生物大分子相互作用的一种分子模拟方法。

    大多数的药物与细胞膜上或细胞内的分子特异结合时,通过该构象调整得到稳定的复合物结构,才能发生效应。·因此,分子对接方法在过去药物研究中发挥了巨大价值。目前随着对蛋白结构域解析,大分子间的相互作用关系,尤其是在酶-底物催化过程中的结合,发挥了重要作用。

 

分子对接过程


 

    对接的基本原理是在受体活性位点区域通过空间结构互补和能量最小化原则来搜寻配体与受体是否能产生相互作用以及它们之间的最佳结合模式。分子对接的思想起源于Fisher E的”钥匙和锁模型”,主要强调的是空间形状的匹配。但配体和受体的识别要比这个模型更加复杂。首先,配体和受体在对接过程中会由于相互适应而产生构象的变化。其次,分子对接还要求能量匹配,对接过程中结合自由能ΔGbind的变化决定了两个分子是否能够结合以及结合的强度。

拟合方法


 

    分子对接方法根据不同的简化程度可以大致分为以下三类:A. 刚性对接;B. 半柔性对接;C. 柔性对接。

    刚性对接指在对接过程中,受体和配体的构象不发生变化,适合研究比较大的体系如蛋白-蛋白之间以及蛋白-核酸之间,计算简单,主要考虑对象之间的契合程度。半柔性对接常用于小分子和大分子的对接,在对接过程中,小分子的构象可以在一定范围内变化,但大分子是刚性的。这样既可以在一定程度上考察柔性的影响,又能保持较高的计算效率。在药物设计和虚拟筛选过程中一般采用半柔性的分子对接方法。柔性对接方法一般用于精确研究分子之间的识别情况,由于允许对接体系的构象变化,可以提高对接准确性但耗时较长。 

 

柔性蛋白对接


 

    分子对接的计算系统通常较贵,兼顾考虑刚性、柔性构象数据库的建立等,动辄上百万;但是,也有一些可以免费获取的对接软件可以对结合模式进行简单预测。常见的柔性蛋白对接方式(Flexible - Protein Docking)有如下几种:Molecular Dynamics 分子动力学, Monte Carlo 蒙特卡罗, Rotamer libraries 旋转异构体库, Protein-Ensemble Gribs 蛋白集合栅格, Soft-Receptor Modeling 软受体建模。

 

参考文献



Animesh Chowdhury, Suman Nandy, et al. Inhibition of pro-/active MMP-2 by green tea catechins and prediction of their interaction by molecular docking studies. Mol Cell Biochem. (2016) 427: 1-2

 

编辑:TlaD

审核:Jens Demmer