【分子对接】理论学习（一）

所谓分子对接(Molecular Docking)就是两个或多个分子之间通过几何匹配和能量匹配相互识别找到最佳匹配模式的过程。分子对接对酶学研究和药物设计中有重要的应用意义。

分子对接计算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的变化决定了两个分子是否能够结合以及结合的强度。

1958年D.E.Koshland提出分子识别过程中的诱导契合概念，受体分子活性中心的结构原本并非与底物完全吻合，但其是柔软和可塑的。当配体与受体相遇时，可诱导受体构象发生相应的变化，从而便于他们的结合进而引起相应的反应。

分子对接技术(Molecular Docking Method, MDM)是指通过电脑模拟将小分子(配体)放置于大分子靶标(受体)的结合区域，再通过计算物理化学参数预测两者的结合力(结合亲和性)和结合方式(构象)，进而找到配体与受体在其活性区域相结合时能量最低构象的方法 。配体与受体结合时，彼此存在静电相互作用，氢键相互作用，范德华相互作用和疏水相互作用。配体与受体结合必须满足互相匹配原则，即配体与受体几何形状互补匹配，静电相互作用互补匹配，氢键相互作用互补匹配，疏水相互作用互补匹配。

 

分子对接算法主要包括以下两类：一是搜索算法(search methods)，负责计算受体配体复合物的合理构象；二是打分函数(scoringfunction)，负责评估结合亲和性以及配体位置摆放的合理性。

====分子对接的分类=====

分子对接方法根据不同的简化程度分为三类：刚性对接、半柔性对接和柔性对接。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。

分子对接的目的是找到底物分子和受体分子最佳结合位置及其结合强度，最终可以获得配体和受体的结合构象，但这样的构象可以有很多，一般认为自由能最小的构象存在的概率最高。搜寻最佳构象就要用到构象搜索方法，常用的有系统搜索法和非系统搜索法。系统搜索法通过改变每个扭转角评估所有可能的结合构象，进而选取能量最低的。这一方法计算量非常大。因此通常使用非系统搜索法来寻找能量较低构象，常用方法有：分子动力学方法、随机搜索、遗传算法、距离几何算法等。随机搜索又包括完全随机算法、蒙特卡罗法和模拟退火法等。

====分子对接工具========

分子对接其本质是两个或多个分子间的识别过程，涉及分子之间的空间匹配和能量打分，根据能量排名最终得到分子间的初步最优结构和结合模式。

 

“蛋白–配体”间对接软件繁杂，主要软件包括Autodock，Vina，Dock等等。

 

“蛋白–蛋白”与“蛋白-核酸”分子间的对接，最常用的为Rosetta，Z-DOCK等。

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