蛋白对接_蛋白-小分子对接

1.项目说明

采用分子对接技术研究化合物1与受体PARP1的结合模式（图1）。

图1.化合物1的化学结构

2.计算方法

通过网络访问RCSB Protein Data Bank（http://www.rcsb.org）上的PARP1 X-ray晶体结构数据（PDB编号为4RV6），采用其第一个构象作为目标受体。

[1].采用UCSF Chimera软件建立化合物1的三维结构，并进行能量优化。

通过 Dock Prep 模块实现氢原子的添加，并分别引入 AMBER ff14SB 力场模型与 AM1-BCC 电荷分布方案。在 Chimera 软件平台中运用 DMS 工具，在探针探取半径为 1.4 Å 的位置下构建受体分子表面的微观拓扑模型。

[4，5].X-ray晶体结构显示有1个合理的结合位点，对于该结合位点，使用sphgen模块生成围绕活性位点的球状集合（Spheres），使用Grid模块生成Grid文件，该文件用于基于Grid的能量打分评价。采用DOCK6.7程序进行半柔性对接（semi-flexible docking），生成10000个不同的构象取向（orientation）以及获得配体分子与结合位点的静电和范德华相互作用，并由此计算得到Grid打分。通过聚类分析（RMSD 阈值为2.0Å），得到打分最佳的构象。

[6].最后，采用PyMOL生成图片。

3.计算结果

A.结合构象打分

通过DOCK6.7程序对化合物1与PARP1的相互作用模式进行预测，并筛选出主要的20种关键构象形式。计算结果显示各结合位点均有多样的对接构象形态存在，并如表所示列出各候选结构的具体得分数据（表1）。基于评分结果以及结合模式特征选择具有代表性的第二个对接构象进行深入研究以验证其稳定性特征

表1.化合物1与受体PARP1的对接打分（单位：kcal/mol）

CompoundPoseGrid ScoreGrid_vdwGrid_esInt_energyAG143611-58.413887-57.743397-0.6704926.8650562-55.357056-53.782494-1.5745635.414683-55.327587-55.6855090.357925.660656

B.结合模式分析

该化合物中七元环上的酰胺羰基氧原子通过氢键相互作用协调特定氨基酸残基Ser904和His862，并且该酰胺氮原子通过短程（约3.33 Å）的距离与Gly863建立了氢键相互作用。这种相互作用不仅确定了分子结合的方向性，并对分子间的静电相互作用贡献了-1.574563 kcal/mol（Grid_es）。

该化合物中的两个苯并咪唑环呈现出P型π-π堆砌模式，在 Tyr 位置形成了稳定的相互作用体系；其中间区域均值分别为 4.21 Å 和 4.93 Å 的间距特征；而侧链上的苯环则以 T 型叠合构象与 Tyr 896 基团发生 π-π 配位相互作用，并呈现间距约为 5.47 Å 的独特空间排列特性；值得注意的是，在这些相互作用中占主导地位的是疏水效应以及介于它们之间的显著派系堆砌模式……此外，在这些相互作用中占主导地位的是疏水效应以及介于它们之间的显著派系堆砌模式……在这些相互作用中占主导地位的是疏水效应以及介于它们之间的显著派系堆砌模式……在这些相互作用中占主导地位的是疏水效应以及介于它们之间的显著派系堆砌模式……在这些相互作用中占主导地位的是疏水效应以及介于它们之间的显著派系堆砌模式

综上所述，在与蛋白PARP-1之间的相互作用中（...），化合物1主要通过π-π相互作用以及疏水效应形成稳定的结合关系，并借助氢键网络来固定其结合构象。

图2.化合物1与蛋白的结合模式图（详细描述见《图例说明》）

参考文献：

Pettersen EF and his research team developed UCSF Chimera—a tool designed to facilitate the exploration and analysis of complex molecular structures through advanced visualization techniques in the field of computational chemistry.

Araz Jakalian,Bruce L.Bush,David B.Jack,and Christopher I.Bayley.Rapid generation of high-fidelity atomic charge distributions.efficient in generating high-fidelity atomic charge distributions.The am1-bcc model is the first part of this method.Journal of Computational Chemistry, 21(2): 132–146, January 2000.

Araz Jakalian, David B.Jack, and Christopher I. Bayly conducted Swift 和 effective atomic charge creation using the am1-bcc model in their study titled 'I.The am1-bcc model involves parameterization 和 validation' published in the Journal of Computational Chemistry in December 2002.

[4].P.Therese Lang,Scott R.Brozell,Sudipto Mukherjee,Eric F.Pettersen,Elaine C.Meng,Veena Thomas,Robert C.Rizzo,David A.Case, Thomas L.James James,and Irwin D.Kuntz.Dock 6:Combining techniques to model rna-small molecule complexes.RNA,5(6):1–12，December 2009.

Validation resources for molecular docking: Protein families and ligand flexibility experiments.

[6].Schrödinger,LLC.The PyMOL molecular graphics system, version 1.8,2015.