在生命科學(xué)的廣闊領(lǐng)域中，蛋白質(zhì)與小分子配體之間的相互作用扮演著至關(guān)重要的角色。這些相互作用不僅影響著生物體內(nèi)的各種生命活動(dòng)，如信號(hào)傳導(dǎo)、代謝調(diào)控和藥物作用等，同時(shí)也是藥物設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的核心內(nèi)容。因此，深入理解并模擬這些相互作用過(guò)程，對(duì)于推動(dòng)生命科學(xué)研究和藥物研發(fā)具有重要意義。

本教程旨在為讀者提供一套完整的蛋白質(zhì)與小分子配體相互作用模擬的流程和方法。通過(guò)本教程的學(xué)習(xí)，您將能夠掌握從蛋白質(zhì)與小分子配體的結(jié)構(gòu)準(zhǔn)備、相互作用模擬到結(jié)果分析的全流程，從而能夠自主進(jìn)行相關(guān)的模擬研究。

在本教程中，我們將首先介紹蛋白質(zhì)與小分子配體相互作用的基本原理和模擬的基本概念，為讀者奠定理論基礎(chǔ)。隨后，我們將詳細(xì)闡述模擬的具體步驟，包括結(jié)構(gòu)準(zhǔn)備（如蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)、小分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化等）、相互作用模擬（如分子對(duì)接、分子動(dòng)力學(xué)模擬等）以及結(jié)果分析（如相互作用能計(jì)算、軌跡分析等）。在每個(gè)步驟中，我們都會(huì)結(jié)合具體的案例和實(shí)例，詳細(xì)解釋操作步驟和注意事項(xiàng)，幫助讀者更好地理解和掌握。

具體流程：

一、預(yù)處理復(fù)合物

1. 蛋白質(zhì)及配體結(jié)構(gòu)獲取

在本教程中，我們將使用T4溶菌酶L99A/M102Q(PDB ID：3HTB)為例，從PDB蛋白數(shù)據(jù)庫(kù) (RCSB PDB)下載其晶體結(jié)構(gòu)，去掉晶體水，PO4和 BME。

1. 蛋白及配體力場(chǎng)獲取

只有在力場(chǎng)的.rtp文件中存在構(gòu)建塊的條目時(shí)，拓?fù)洳拍茏詣?dòng)組裝。而JZ4配體在 GROMACS 提供的任何力場(chǎng)中都不是一個(gè)可識(shí)別的實(shí)體，因此我們將分兩步準(zhǔn)備系統(tǒng)拓?fù)?#xff1a;1)用pdb2gmx準(zhǔn)備蛋白質(zhì)拓?fù)?#xff1b;2)使用外部工具準(zhǔn)備配體拓?fù)洹?/p>

2.1 使用pdb2gmx準(zhǔn)備蛋白質(zhì)拓?fù)?/p>

本教程使用的力場(chǎng)為amber14sb.ff，選擇默認(rèn)的水模型TIP3P，然后為封端選擇“NH3+”和“COO-”，獲得力場(chǎng)文件及完整坐標(biāo)文件。

2.2 使用外部工具獲得配體拓?fù)?/p>

本教程使用的力場(chǎng)為amber14sb.ff，因此使用GAFF工具生成JZ4配體的top文件。1)使用Avogadro軟件為配體添加氫原子，同時(shí)輸出JZ4.com文件，修改Gaussian設(shè)置，獲得Gaussian輸入文件JZ4.gjf，進(jìn)行 Gaussian 優(yōu)化。2)利用 AmberTools 計(jì)算電荷。3)利用 parmchk 檢查成鍵相缺失。4)利用LEaP生成 Amber 格式力場(chǎng)，文件內(nèi)容見(jiàn)下圖。5)利用acpype將Amber格式轉(zhuǎn)換為Gormacs格式的GAFF力場(chǎng)文件及坐標(biāo)文件。

1. 組合蛋白質(zhì)和配體，生成蛋白質(zhì)-配體復(fù)合物

二、定義盒子，添加溶劑及離子

三、能量最小化

四、限制復(fù)合物及體系平衡

1. 限制復(fù)合物：通過(guò)genrestr創(chuàng)建位置限制文件，定義位置限制。

2. NVT平衡

3. NPT平衡

五、成品模擬

六、分析

1. 執(zhí)行energy模塊計(jì)算蛋白質(zhì)-配體相互作用

2. 執(zhí)行rms模塊，計(jì)算RMSD

最后，需要相關(guān)培訓(xùn)或者項(xiàng)目合作歡迎通過(guò)公眾號(hào)“320科技工作室”聯(lián)系我們。