AutoDockADT教程AutoDockTools分子對(duì)接中文

1、分子對(duì)接使用autodock和autodock tools一、分子對(duì)接簡(jiǎn)介及軟件介紹二、對(duì)接準(zhǔn)備及對(duì)接操作三、結(jié)果分析一、分子對(duì)接簡(jiǎn)介及軟件介紹1分子對(duì)接理論基礎(chǔ)所謂分子對(duì)接就是兩個(gè)或多個(gè)分子之間通過(guò)幾何匹配和能量匹配而相互識(shí)別的過(guò)程。分子對(duì)接在酶學(xué)研究以及藥物設(shè)計(jì)中具有十分重要的意義。在酶激活劑、酶抑制劑與酶相互作用以及藥物分子產(chǎn)生藥理反應(yīng)的過(guò)程中，小分子（通常意義上的ligand）與靶酶（通常意義上的receptor）相互互結(jié)合，首先就需要兩個(gè)分子充分接近，采取合適的取向，使兩者在必要的部位相互契合，發(fā)生相互作用，繼而通過(guò)適當(dāng)?shù)臉?gòu)象調(diào)整，得到一個(gè)穩(wěn)定的復(fù)合物構(gòu)象。通過(guò)分子對(duì)接確定復(fù)合物中兩

2、個(gè)分子正確的相對(duì)位置和取向，研究?jī)蓚€(gè)分子的構(gòu)象，特別是底物構(gòu)象在形成復(fù)合物過(guò)程中的變化，是確定酶激活劑、抑制劑作用機(jī)制以及藥物作用機(jī)制，設(shè)計(jì)新藥的基礎(chǔ)。分子對(duì)接計(jì)算是把配體分子放在受體活性位點(diǎn)的位置，然后按照幾何互補(bǔ)、能量互補(bǔ)化學(xué)環(huán)境互補(bǔ)的原則來(lái)實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)配體與受體相互作用的好壞，并找到兩個(gè)分子之間最佳的結(jié)合模式。分子對(duì)接最初思想起源于fisher e.的“鎖和鑰匙模型”（圖 ），認(rèn)為“鎖”和“鑰匙”的相識(shí)別的首要條件是他們?cè)诳臻g形狀上要互相匹配。然而，配體和受體分子之間的識(shí)別要比“鎖和鑰匙”模型復(fù)雜的多。首先，配體和受體分子的構(gòu)象是變化的，而不是剛性的，配體和受體在對(duì)接過(guò)程中互相適應(yīng)對(duì)方，從而

3、達(dá)到更完美的匹配。其次，分子對(duì)接不但要滿足空間形狀的匹配，還要滿足能量的匹配。配體和受體之間的通過(guò)底物分子與靶酶分子能否結(jié)合以及結(jié)合的強(qiáng)度最終是由形成此復(fù)合物過(guò)程的結(jié)合自由能變化gbind所決定的。互補(bǔ)性（complementarity）和預(yù)組坦織（pre-organization）是決定分子對(duì)接過(guò)程的兩個(gè)重要原則，前者決定識(shí)別過(guò)程的選擇性，而后者決定識(shí)別過(guò)理的結(jié)合能力。互補(bǔ)性包括空間結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)性和電學(xué)性質(zhì)的互補(bǔ)性。1958年koshland提出了分子識(shí)別過(guò)程中的誘導(dǎo)契合（induced fit）概念，指出配體與受體相互結(jié)合時(shí)，受體將采取一個(gè)能同底物達(dá)到最佳結(jié)合的構(gòu)象（圖1）。而受體與配體分子

4、在識(shí)別之前將受體中容納配體的環(huán)境組織的越好，其溶劑化能力越低，則它們的識(shí)別效果越佳，形成的復(fù)合物也就越穩(wěn)定。圖1：“鎖和鑰模型（a）”和“誘導(dǎo)契合模型（b）”示意圖2分子對(duì)接常用方法分子對(duì)接方法根據(jù)不同的簡(jiǎn)化程度可以大致分為以下三類：（1）剛性對(duì)接；（2）半柔性對(duì)接；（3）柔性對(duì)接。剛性對(duì)接指在對(duì)接的過(guò)程中，研究體系的構(gòu)象不發(fā)生變化；半柔性對(duì)接是指在對(duì)接過(guò)程中，研究體系尤其是配體的構(gòu)象允許在一定的范圍內(nèi)變化；而柔性對(duì)接則是指在對(duì)接過(guò)程中，研究體系的構(gòu)象基本上是可以自由變化的。當(dāng)然，這只是一種簡(jiǎn)單的分類方法，而在很多分子對(duì)接程序中，實(shí)際上采取了多種處理方法。在這些分子對(duì)接方法中，剛性對(duì)接適合考察

5、比較大的體系，比如蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)以及蛋白質(zhì)和核酸之間的相互作用，他計(jì)算較為簡(jiǎn)單，原理也相對(duì)簡(jiǎn)單，主要是考慮構(gòu)象之間的契合程度。半柔性對(duì)接適合于處理小分子和大分子之間的對(duì)接。在對(duì)接過(guò)程中，小分子的構(gòu)象一般是可以變化的，但大分子則是剛性的。由于小分子相對(duì)較小，因此在一定程度考察柔性的基礎(chǔ)上，還可以保持較高的計(jì)算效率，在藥物設(shè)計(jì)尤其在基于分子數(shù)據(jù)庫(kù)的虛擬篩選過(guò)程中，一般采用半柔性的分子對(duì)接方法。柔性對(duì)接方法一般用于精確考察分子之間的識(shí)別情況，由于在計(jì)算過(guò)程中體系的構(gòu)象是可以變化的，因此柔性對(duì)接在提高了對(duì)接準(zhǔn)確性的同時(shí)卻需要耗費(fèi)較長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間。上述各種幾何優(yōu)化方法可以獲得分子對(duì)應(yīng)與初始態(tài)的優(yōu)勢(shì)構(gòu)象，但

6、實(shí)際上這樣的構(gòu)象可以有很多，一般認(rèn)為自由能最小的構(gòu)象存在的概率高，全局極小可能是比較重要的構(gòu)象。同時(shí)，配體和受體活性部位結(jié)合時(shí)的構(gòu)象不一定是全局極小構(gòu)象，而可能是某一低能構(gòu)象（藥效構(gòu)象）。不管是尋找分子的全局極小構(gòu)象還是藥效構(gòu)象，均要使用構(gòu)象搜索方法。分子對(duì)接的目的是找到底物分子和受體分子的最佳結(jié)合位置。因此，分子對(duì)接面臨的最重要的問(wèn)題就是如何找到最佳的結(jié)合位置以及如何評(píng)價(jià)對(duì)接分子之間的結(jié)合強(qiáng)度。當(dāng)然，這兩個(gè)問(wèn)題也是相互關(guān)聯(lián)的。如何找到最佳的結(jié)合位置就要牽涉到構(gòu)象搜索方法。常用的構(gòu)象搜索方法有系統(tǒng)搜索法和非系統(tǒng)搜索法。系統(tǒng)搜索法通過(guò)系統(tǒng)的改變每一個(gè)扭轉(zhuǎn)角產(chǎn)生所有可能的構(gòu)象，從中挑選出能量較低的

7、構(gòu)象，但計(jì)算量非常大。所以通常使用非系統(tǒng)搜索法來(lái)尋找能量較低構(gòu)象，常用方法有：（1）分子動(dòng)力學(xué)方法（molecular dynamics，md）；（2）隨機(jī)搜索（random search）；（3）遺傳算法（genetic algorithm，ga）；（4）距離幾何算法（distance geometry，dg）等。隨機(jī)搜索又包含：（1）完全隨機(jī)算法；（2）蒙特卡羅法（monte carlo，mc）；（3）模擬退火法（simulated annealing，sa）。分子對(duì)接的方法很多，下表（表1）列出了針對(duì)不同對(duì)接體系的常用對(duì)接方法：表1：常用的分子對(duì)接方法對(duì)接類型對(duì)接方法類型對(duì)接方法flex

8、ible-ligand docking柔性配體對(duì)接systematic系統(tǒng)方法conformational 構(gòu)象fragmentation 片段生長(zhǎng)database 數(shù)據(jù)路random/stochastic隨機(jī)方法monte carlo (mc) 蒙特卡羅genetic algorithm (ga) 遺傳算法tabu search 禁忌搜索simulation methods模擬方法molecular dynamics (md) 分子動(dòng)力學(xué)energy minimization 能量最小化flexible-protein docking柔性蛋白對(duì)接molecular dynamics (md)

9、 分子模擬monte carlo (mc) 蒙特卡羅rotamer libraries 旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體庫(kù)protein-ensemble grids 蛋白集合柵格soft-receptor modeling 軟受體建模3分子對(duì)接軟件第一個(gè)分子對(duì)接程序是ucsf kuntz小組于1982年開發(fā)的dock，早期的版本以剛性對(duì)接為主，從4.0版開始考慮配體的柔性。像這樣的半柔性（剛性受體柔性配體：rigid receptor-flexible ligand docking）對(duì)接程序還有autodock、flexx等。同時(shí)考慮配體和受體柔性的對(duì)接程序主要有flexidock，它采用遺傳算法來(lái)對(duì)配體和受體的

10、結(jié)合構(gòu)像進(jìn)行優(yōu)化，在初始條件較好的情況下，flexidock可以比較精確的確定配體和受體的結(jié)合狀態(tài)，但計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)。下表為一些有代表性的分子對(duì)接軟件（表2）及軟件的被引次數(shù)對(duì)比（圖2）。表2：有代表性的分子對(duì)接軟件名稱優(yōu)化方法評(píng)價(jià)函數(shù)速度protein-protein (peptide) dockingprotein-ligand dockingdock片斷生長(zhǎng)分子力場(chǎng)、表面匹配得分、化學(xué)環(huán)境匹配得分快autodock遺傳算法半經(jīng)驗(yàn)自由能評(píng)價(jià)函數(shù)一般icm-docking隨機(jī)全局優(yōu)化半經(jīng)驗(yàn)自由能評(píng)價(jià)函數(shù)快gold遺傳算法半經(jīng)驗(yàn)自由能評(píng)價(jià)函數(shù)快flexx片斷生長(zhǎng)半經(jīng)驗(yàn)自由能評(píng)價(jià)函數(shù)快affini

11、ty蒙特卡羅/分子力學(xué)/分子動(dòng)力學(xué)分子力場(chǎng)慢zdock&rdock幾何匹配/分子動(dòng)力學(xué)capri* /分子力場(chǎng)慢flexidock遺傳算法分子力場(chǎng)慢ehits系統(tǒng)搜索半經(jīng)驗(yàn)自由能評(píng)價(jià)函數(shù)快hex幾何匹配capri*快注：capri，critical assessment of prediction of interactions，相互作用預(yù)測(cè)臨界評(píng)價(jià)圖2：分子對(duì)接軟件最常用的分子對(duì)接軟件被引次數(shù)統(tǒng)計(jì)（isi web of sciense，2005）4autodock以及adt（autodock tools）4.1.autodockautodock是the scripps research in

12、stitute的oison科研小組使用c語(yǔ)言開發(fā)的分子對(duì)接軟件包，目前最新的版本為4.01。autodock其實(shí)是一個(gè)軟件包，其中主要包含autogrid和autodock兩個(gè)程序。其中autogrid主要負(fù)責(zé)格點(diǎn)中相關(guān)能量的計(jì)算，而autodock則負(fù)責(zé)構(gòu)象搜索及評(píng)價(jià)。autodock在早期版本中使用的是模擬退火算法（simulated annealing algorithm）來(lái)尋找配體與受體最佳的結(jié)合位置狀態(tài)，而從3.0版本開始使用一種改良的遺傳算法，即拉馬克遺傳算法（lamarckian genetic algorithm，lga）。測(cè)試結(jié)果表明，lga比傳統(tǒng)的遺傳算法和模擬退火具有更高

13、的效率。在lga方法中，作者把遺傳算法和局部搜索（local search）結(jié)合在一起，遺傳算法用于全局搜索，而局部搜索用于能量?jī)?yōu)化。lga算法引入了拉馬克的遺傳理論，這個(gè)操作過(guò)程可下圖（圖3）。圖3：lga算法操作過(guò)程圖同時(shí)在autodock中配體和受體之間結(jié)合能力采用能量匹配來(lái)評(píng)價(jià)。在1.0和2.0版本中，能量匹配得分采用簡(jiǎn)單的基于amber力場(chǎng)的非鍵相互作用能。非鍵相互作用來(lái)自于三部分的貢獻(xiàn)：范德華相互作用，氫鍵相互作用以及靜電相互作用。而在3.0之后的版本中autodock提供了半經(jīng)驗(yàn)的自由能計(jì)算方法來(lái)評(píng)價(jià)受體和配體之間的能量匹配。為了加快計(jì)算速度，autodock采用格點(diǎn)對(duì)接的方法，

14、但與dock中格點(diǎn)對(duì)接的處理方法有明顯的區(qū)別。dock中，格點(diǎn)上保存的不是能量，而是僅與受體有關(guān)的特征量。而在autodock中，格點(diǎn)上保存的是探針原子和受體之間的相互作用能。對(duì)于范德華相互作用的計(jì)算， 每個(gè)格點(diǎn)上保存的范德華能量的值的數(shù)目與要對(duì)接的配體上的原子類型（表3）的數(shù)目一樣。如果一個(gè)配件中含有c、o和h三種原子類型，那么在每個(gè)格點(diǎn)上就需要用三個(gè)探針原子來(lái)計(jì)算探針原子與受體之間的范德華相互作用值。當(dāng)配體和受體進(jìn)行分子對(duì)接時(shí)，配體中某個(gè)原子和受體之間的相互作用能通過(guò)周圍8個(gè)格點(diǎn)上的這種原子類型為探針的格點(diǎn)值用內(nèi)插法得到。表3：autodock4中的原子類型（*為默認(rèn)在gpf中存在的原子類

15、型）atom typehnon h-bonding hydrogenhd*donor 1 h-bond hydrogenhsdonor s spherical hydrogenc*non h-bonding aliphatic carbona*non h-bonding aromatic carbonn*non h-bonding nitrogenna*acceptor 1 h-bond nitrogennsacceptor s spherical nitrogenoa*acceptor 2 h-bonds oxygenosacceptor s spherical oxygenfnon h-b

16、onding fluorinemgnon h-bonding magnesiummgnon h-bonding magnesiumpnon h-bonding phosphorussa*acceptor 2 h-bonds sulphursnon h-bonding sulphurclnon h-bonding chlorineclnon h-bonding chlorinecanon h-bonding calciumcanon h-bonding calciummnnon h-bonding manganesemnnon h-bonding manganesefenon h-bonding

17、 ironfenon h-bonding ironznnon h-bonding zincznnon h-bonding zincbrnon h-bonding brominebrnon h-bonding bromineinon h-bonding iodine靜電相互作用的計(jì)算采用了一個(gè)靜電勢(shì)格點(diǎn)，在格點(diǎn)上儲(chǔ)存受體分子的靜電勢(shì)。當(dāng)配體和受體分子對(duì)接時(shí)，某個(gè)原子和受體之間的靜電相互作用能通過(guò)周圍格點(diǎn)上靜電勢(shì)以及原子上的部分電荷就可以計(jì)算得到。計(jì)算氫鍵相互作用時(shí)，格點(diǎn)的處理和范德華相互作用有點(diǎn)類似，每個(gè)格點(diǎn)上需要保存配體分子中所有氫鍵給體與氫鍵受體之間的相互作用能量，而且這些能量都是在氫鍵在最

18、佳情況下的氫鍵能量值。以上格點(diǎn)能量的計(jì)算都是由autodock中的autogrid程序計(jì)算得出的，autodock格點(diǎn)對(duì)接示意圖如下圖所示（圖4）。autodock格點(diǎn)對(duì)接的基本流程如下：首先，用圍繞受體活性位點(diǎn)的氨基酸殘基形成一個(gè)范圍更大的box，然后用不同類型的原子作為探針（probe）進(jìn)行掃描，計(jì)算格點(diǎn)能量，此部分任務(wù)由autogrid程序完成。然后autodock程序?qū)ε潴w在box范圍內(nèi)進(jìn)行構(gòu)象搜索（conformational search），最后根據(jù)配體的不同構(gòu)象(conformation)，方向（orientation）、位置（position）及能量（energy）進(jìn)行評(píng)分（s

19、coring），最后對(duì)結(jié)果進(jìn)行排序（ranking）。圖4：autodock格點(diǎn)對(duì)接示意圖autodock目前的版本只能實(shí)現(xiàn)單個(gè)配體和受體分子之間的對(duì)接，程序本身還沒(méi)有提供虛擬篩選功能（virtual screening），但是可以使用linux/unix中的shell以及python語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)此功能。同時(shí)autodock本省所包含的autodock以及autogrid程序是完全在命令附下操作的軟件，沒(méi)有圖形界面，但是如果使用autodock tools程序，就可以在幾乎完全圖形化的界面中完成分子對(duì)接以及結(jié)果分析等工作，下面我們就介紹一下autodock tools。4.2.autodock t

20、oolsautodock tools（以下簡(jiǎn)稱adt）是the scripps research institute，molecular graphics laboratory (mgl)在python molecular viewer（以下簡(jiǎn)稱pmv，python語(yǔ)言開發(fā)）基礎(chǔ)上開發(fā)的針對(duì)autogrid和autodock程序開發(fā)的圖形化的分子可視化及對(duì)接輔助軟件，目前最新版本為1.5.2。在這里我們使用的版本為1.5.1，它的主界面主要包含以下幾個(gè)部分（圖5）：圖5：adt1.5.1的主界面及窗口部件（） pmv菜單：主要通過(guò)使用菜單命令對(duì)分子進(jìn)行相關(guān)的操作，以及進(jìn)行可視化設(shè)置；（） pm

21、v工具欄：pmv菜單中一些常用命令的快捷按鈕；（） adt菜單：autogrid和autodock的圖形化操作菜單；（） 分子顯示窗口：3d模型分子的顯示和操作窗口；（） 儀表板窗口部件：快速查看及設(shè)置分子的顯示模型以及著色方式；（） 信息欄：顯示相關(guān)操作信息。4.3.軟件的獲取及安裝autodock程序包自版本4.0起成為自由軟件（free soft，非免費(fèi)軟件），只需在官方網(wǎng)站上完成注冊(cè)（/downloads/autodock-registration），即可下載包含完整源代碼的版本以及針對(duì)各種不同操作系統(tǒng)平臺(tái)編譯好的程序。在這里我們下載

22、包含源代碼以及編譯好的各種平臺(tái)程序的完整軟件包，名稱為“autodocksuite-4.0.1-all.tar.gz”，解壓后該文件包包含三個(gè)目錄：（1）“bin”目錄中是針對(duì)不同平臺(tái)編譯好的autogrid以及autodock程序；（2）“example”目錄中包含一些程序運(yùn)行的例子，可以進(jìn)行軟件測(cè)試以及相關(guān)操作的學(xué)習(xí)；（3）“src”目錄為autogrid以及autodock程序的源代碼，可以自行編譯成可執(zhí)行的程序文件?！癰in”目錄中編譯好的針對(duì)不同平臺(tái)的程序如下表所示（表4）：表4：autodocksuite-4.0.1-all.tar.gz中各種編譯好的autodock程序名稱硬件系

23、統(tǒng)及操作系統(tǒng)平臺(tái)i86cygwinintel x86處理器，window系統(tǒng)（使用cygwin）i86darwin8intel x86處理器，mac操作系統(tǒng)i86linux2intel x86處理器，linux操作系統(tǒng)ia64linux2intel 安騰64位處理器，linux操作系統(tǒng)ppcdarwin8ibm power處理器，mac操作系統(tǒng)sgi4dirix646sgi圖形工作站，irix操作系統(tǒng)sun4sunos5sun服務(wù)器，sun操作系統(tǒng)絕大多出情況下，這些編譯好的程序在相應(yīng)的品臺(tái)下均能正確運(yùn)行，但如過(guò)碰上特殊情況或是針對(duì)自己的實(shí)際要求對(duì)程序進(jìn)行了修改，那就需要重新編譯autogri

24、d以及autodock程序。下面就以linux系統(tǒng)為例解釋編譯過(guò)程：首先需要確認(rèn)linux中已經(jīng)安裝了c或c+開發(fā)工具（如：gcc，g+等）以及make工具等，一般情況下默認(rèn)安裝絕大多數(shù)版本的linux操作系統(tǒng)這些個(gè)工具都會(huì)安裝。之后打開控制臺(tái)：tar -xzvf autodocksuite-4.0.1-all.tar.gz #解壓縮軟件包c(diǎn)d autodocksuite-4.0.1/src/autogrid-4.0.0 切換到autogrid-4.0.0目錄./configure 設(shè)置編譯環(huán)境make 編譯autogrid，完成后此目錄中會(huì)有autogrid4程序生成cd ./ autodo

25、ck-4.0.1 切換到autodock-4.0.1目錄./configure 設(shè)置編譯環(huán)境make 編譯autodock，完成后此目錄中會(huì)有autodock4程序生成完成編譯后，將“autogrid4” 以及“autodock4”程序拷貝到需要的目錄即可。相比autodock的編譯，adt的安裝就顯得尤其簡(jiǎn)單：首先，到adt的官方網(wǎng)站下載網(wǎng)站（/downloads）下載相應(yīng)操作系統(tǒng)的版本，在這里我們下載linux下的standalone installer的版本：mgltools-1.5.1-linux-x86-install（需要glib

26、c_2.3, libstdc+.5.x才能正常運(yùn)行）。下載完畢后，直接雙擊程序文件即可在linux下進(jìn)行完全圖形化的安裝，與windows下安裝程序一樣。但是，如果mgltools-1.5.1-linux-x86-install不能運(yùn)行，則下載mgltools_i86linux2_1.5.2.tar.gz，解壓縮后運(yùn)行install.sh進(jìn)行安裝，一樣會(huì)出現(xiàn)安裝界面。需要注意的是目前adt最新版本為1.5.2，但安裝方式完全一樣，1.5.2版本主要增加了針對(duì)不同版本autodock程序的切換功能，與autodock的兼容性更好。二、對(duì)接準(zhǔn)備及對(duì)接操作在這一部分中我們將采用非常經(jīng)典的hiv蛋白及

27、其抑制劑（pdb id：1hsg）來(lái)作為例子對(duì)autodock的整個(gè)操作分析過(guò)程做一個(gè)詳細(xì)的講解。以下操作過(guò)程全部在ubuntu 8.04操作系統(tǒng)下完成，桌面系統(tǒng)為kde4.0；autodock為在此操作系統(tǒng)下進(jìn)行了重新編譯；adt版本為1.5.1。1獲取receptor（受體）及l(fā)igand（配體）結(jié)構(gòu)文件我們可以從網(wǎng)站上下載“1hsg.pdb”文件，運(yùn)用adt、vmd以及pymol之類的常用分子顯示及編輯軟件來(lái)將“1hsg.pdb”中的蛋白質(zhì)受體和小分子配體分離開來(lái)，保存成兩個(gè)單另的文件以備后面使用。同時(shí)還可以在autodock網(wǎng)站下載“tutorial4.tar.g

28、z”（/faqs-help/tutorial/using-autodock-4-with-autodocktools，受體文件：“hsg1.pdb”以及配體文件：“ind.pdb”）來(lái)進(jìn)行操作。下面我們就以從autodock網(wǎng)站上獲取的結(jié)構(gòu)文件來(lái)進(jìn)行后面的操作。2設(shè)置工作目錄及工作環(huán)境新建工作文件夾“1hsg”，將編譯好的“autogrid4，autodock4”程序以及“hsg1.pdb，ind.pdb“兩個(gè)pdb文件拷貝到此文件夾下。打開控制臺(tái)，切換目錄到該文件夾下，運(yùn)行adt，這樣adt的默認(rèn)路徑就是”1hsg“文件夾，此后所有輸入/輸

29、出文件的默認(rèn)路徑都是1hsg，方便后面操作（圖6）。圖6：控制臺(tái)窗口切換工作路徑并啟動(dòng)adt3準(zhǔn)備receptor分子pmv菜單： file read molecule選擇“hsg1.pdb“打開receptor分子：pmv菜單：select select from string 打開select from string對(duì)話框，在residue框中輸入hoh*，atom框中輸入*，點(diǎn)擊add選中所有水分子。最后，點(diǎn)擊 dismiss按鈕關(guān)閉 select from string對(duì)話框（圖7）。圖7：select from string對(duì)話框及被選中的h2o分子（黃色“+“表示被選中的原子，沒(méi)有

30、h，所以選中的都是o原子）pmv菜單：edit delete delete atomset刪除已選擇的水分子，點(diǎn)擊彈出的警告窗口上的continue按鈕刪除。pmv菜單：edit hydrogens add 為receptor分子加h（x射線衍射無(wú)法獲h的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，圖8）。圖8：add hydrogens對(duì)話窗口pmv菜單：file save write pdb保存修改過(guò)的receptor分子（圖9）。圖9：wirte pdb對(duì)話框。（注：other write option選擇sort nodes）4準(zhǔn)備ligand分子pmv菜單：display show/hide molecule 隱藏h

31、sg1分子（圖10）。圖10：show/hide molecule 對(duì)話框adt菜單中：ligand input open . 在彈出的對(duì)話框中將文件類型由pdbqt改為pdb，選擇“ind.pdb”，打開ligand分子（圖11）。圖11：ligand file for autodock 對(duì)話框在打開ligand分子時(shí)adt會(huì)對(duì)該分子進(jìn)行初始化，初始化包含一系列操作：l adt檢測(cè)ligand分子是否已經(jīng)加了電荷，如果沒(méi)有，則自動(dòng)加上gasteiger電荷。需要注意的是：如果要使gasteiger計(jì)算正確，就必須將ligand上的所有h加上，包括極性的以及非極性的。如果電荷全部為0，則adt

32、會(huì)試圖加上電荷。同時(shí)還將檢測(cè)每個(gè)殘基上的總電荷是否為整數(shù)。l adt檢測(cè)并合并非極性的h。l adt將ligand中的每個(gè)原子指派為“autodock原子類型”，原子類型見前一部分。以上初始化操作完成后，彈出summary for ind（圖12）信息窗口，包含了以上操作的統(tǒng)計(jì)信息，點(diǎn)擊ok關(guān)閉。圖12：summary for ind信息窗口adt菜單：ligand torsion tree detect root adt自動(dòng)判定ligand的root；adt菜單：ligand torsion tree show root expansion顯示root擴(kuò)展信息；adt菜單：ligand to

33、rsion tree show/hide root marker 顯示/隱藏root標(biāo)記；adt菜單：ligand torsion tree choose torsions 選擇ligand中可扭轉(zhuǎn)的鍵，彈出torsion count對(duì)話框中點(diǎn)擊make all active bonds non-rotatable，make all rotatable bonds rotatable以及make all amide bonds rotatable，最后結(jié)果如下圖（圖13）所示：該ligand分子32個(gè)鍵中共有14個(gè)被設(shè)置成可扭轉(zhuǎn)的鍵（rotatable，綠色），點(diǎn)擊done確定并關(guān)閉此對(duì)話框。

34、圖13：torsion count對(duì)話框及l(fā)igand分子torsion設(shè)置效果（綠色圓球表示root，綠色鍵表示可扭轉(zhuǎn)，紫色表示非扭轉(zhuǎn)，紅色表示不可扭轉(zhuǎn)）adt菜單：ligand torsion tree set number of torsions 彈出set number of active torsions 對(duì)話框，以設(shè)置可活動(dòng)的鍵的數(shù)量，同時(shí)指定設(shè)定活動(dòng)鍵時(shí)是需要移動(dòng)最少的原子（fewest atoms）還是最多的原子（most atoms）。在這里我們?cè)O(shè)置fewest atoms，數(shù)量為6（圖14），點(diǎn)擊dismiss關(guān)閉對(duì)話框。圖14：set number of active t

35、orsions 對(duì)話框至此ligand準(zhǔn)備完畢，需將其保存為含有原子坐標(biāo)、autodock原子類型、電荷以及可扭轉(zhuǎn)鍵等信息的pdbqt格式的文件：adt菜單：ligand output save as pdbqt 將準(zhǔn)備好的ligand分子保存為“ind.pdbqt”文件。5準(zhǔn)備柔性殘基文件在autodock3的對(duì)接中l(wèi)igand是柔性的而receptor則是剛性的；而在autodock4中不但lingand可以是柔性的，而且receptor中的部分氨基酸殘基也可以設(shè)為柔性的，這就進(jìn)一步提高的對(duì)接的精度。adt菜單：flexible residues input choose macromol

36、ecule 選擇需要設(shè)置柔性殘基的大分子，在這里我們選擇之前編輯好的hsg1分子。如果之前刪除了該分子，則在adt菜單：flexibleresidues input open macromolecule 打開該分子。此時(shí)會(huì)彈出對(duì)話框，詢問(wèn)是否合并沒(méi)有極性的h，點(diǎn)擊yes，之后會(huì)彈出統(tǒng)計(jì)信息窗口，點(diǎn)擊yes關(guān)閉（圖15）。 圖15：merge non-polar hydrogens及adflex_choosemcro對(duì)話框adt菜單：select select from string 選擇需要設(shè)置成為柔性的殘基。在select from string對(duì)話框中的residue框中輸入arg8，點(diǎn)擊

37、add選中編號(hào)為arg8的殘基（圖 ），再點(diǎn)擊dismiss關(guān)閉對(duì)話框。下圖（圖16）可見，hsg1兩個(gè)亞基上的8號(hào)arg氨基酸殘基被選中了。圖16：使用select from string對(duì)話框選中arg8殘基圖17：hsg1兩個(gè)亞基上被選中的8號(hào)arg氨基酸殘基（為了便于觀察，將這兩個(gè)殘基按ball and stick模型顯示）adt菜單：flexible residues choose torsions in currently selected residues 將選中的殘基標(biāo)記為柔性殘基并設(shè)置可扭轉(zhuǎn)鍵的數(shù)量。在分子顯示窗口中分別點(diǎn)擊兩個(gè)殘基上ca和cb原子之間的鍵，使之變成非扭轉(zhuǎn)的（

38、non-rotatable，紫色），這樣兩個(gè)殘基中的32個(gè)鍵共有6個(gè)是可扭轉(zhuǎn)（rotatable）的（圖18），點(diǎn)擊close關(guān)閉對(duì)話框：圖18：設(shè)置柔性殘基上的可扭轉(zhuǎn)鍵adt菜單：flexible residues output save flexible pdbqt 保存柔性殘基文件，文件名“hsg1_flex.pdbqt”；adt菜單：flexible residues output save rigid pdbqt 保存鋼性殘基文件，文件名“hsg1_rigid.pdbqt”；pmv菜單：edit delete delete molecule 刪除hsg1分子。6準(zhǔn)備大分子adt菜單：

39、grid macromolecule open 打開之前處理好并保存的“hsg1_rigid.pdbqt”，彈出對(duì)話框詢問(wèn)是否保留之前已經(jīng)加上的電荷以代替adt自動(dòng)加上gasteiger電荷，點(diǎn)擊yes，再點(diǎn)擊ok關(guān)閉彈出的警告窗口（圖19）。 圖19：打開大分子（macromolecule）文件后彈出的對(duì)話框7準(zhǔn)備autogrid參數(shù)文件adt菜單：grid set map types choose ligand 選擇之前準(zhǔn)備好的ligand分子“ind”，如果之前刪除了該分子則通過(guò)adt菜單：grid set map types open ligand 打開“ind.pdbqt”文件。ad

40、t菜單：grid grid box 打開grid options對(duì)話框，將格子的大小設(shè)置為x，y，z：60，60，66，格點(diǎn)間隔為默認(rèn)值0.375 ，這樣格子中共包含249307個(gè)格點(diǎn)，然后將格子中心設(shè)為2.5，6.5，-7.5（x，y，z）。設(shè)置完成后點(diǎn)擊grid options菜單中：file close saving current 保存并關(guān)閉對(duì)話框（圖20）。圖20：打開grid options對(duì)話框，設(shè)置grid參數(shù)adt菜單：grid output save gpf 將剛才設(shè)置好的grid參數(shù)保存成gpf文件（grid parameter file，格子參數(shù)文件）“hsg1.gpf

41、”。完成后還可以通過(guò)點(diǎn)擊adt菜單：grid edit gpf 手工編輯修改剛才通過(guò)adt生成的gdf文件（圖21）：圖21：edit gpf對(duì)話框8運(yùn)行autogrid4adt菜單：run run autogrid 啟動(dòng)autogrid圖形界面（圖22）：host name(主機(jī)名)如果不是在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上運(yùn)行程序則無(wú)需修改，點(diǎn)擊program pathname（程序路徑及名稱）后的browse按鈕，選擇之前放入1hsg文件夾的autogrid4程序，以替換界面中默認(rèn)的autogrid3，parameter file（參數(shù)文件，上一步驟準(zhǔn)備好的autogrid參數(shù)文件）以及l(fā)og file（程

42、序運(yùn)行記錄文件）程序一般情況都能自動(dòng)設(shè)置好，如須修改點(diǎn)擊相應(yīng)的browse按鈕選擇正確的文件即可。圖22：run autogrid對(duì)話框點(diǎn)擊launch按鈕，運(yùn)行程序進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)彈出autodock process manager（autodock進(jìn)程管理器，圖23），顯示進(jìn)程編號(hào)、運(yùn)行時(shí)間及狀態(tài)，還可以隨時(shí)kill該autogrid4進(jìn)程，運(yùn)行完畢后該對(duì)話框會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。圖23：autodock process manager對(duì)話框此外，還可以在控制臺(tái)中輸入命令以運(yùn)行autogrid4：autogrid4 p hsg1.gpf l hsg1.glg & #注意文件名及路徑autogrid4程

43、序運(yùn)行完畢后，除了生成一個(gè)hsg1.glg記錄文件外，最主要的是生成一系列針對(duì)不同原子探針的范德華作用力、靜電力以及去溶劑化作用力的map文件：hsg1_rigid.a.map # atom-specific affinity maphsg1_rigid.c.map # atom-specific affinity maphsg1_rigid.na.map # atom-specific affinity maphsg1_rigid.oa.map # atom-specific affinity maphsg1_rigid.n.map # atom-specific affinity maph

44、sg1_rigid.hd.map # atom-specific affinity maphsg1_rigid.e.map # electrostatic potential maphsg1_rigid.d.map # desolvation potential map9準(zhǔn)備dock參數(shù)文件adt菜單：docking macromolecule set rigid filename 設(shè)置對(duì)接中的鋼性分子“hsg1_rigid.pdbqt”；adt菜單：docking ligand choose 設(shè)置對(duì)接中的ligand分子為“ind”；adt菜單：docking macromolecule s

45、et flexible residues filename設(shè)置對(duì)接中的柔性殘基為“hsg1_flex.pdbqt”；adt菜單：docking search parameters genetic algorithm 打開genetic algorithm parameters對(duì)話框，設(shè)置對(duì)接遺傳算法搜索參數(shù)（圖24）。作為練習(xí)，為了縮短計(jì)算時(shí)間，將maximun number of evals改為short：250000，其他參數(shù)均使用系統(tǒng)默認(rèn)參數(shù)，點(diǎn)擊accept確認(rèn)，詳細(xì)參數(shù)的設(shè)定請(qǐng)參考autodock相關(guān)文檔。圖24：genetic algorithm parameters對(duì)話框另外au

46、todock還可以使用另外兩種計(jì)算方法：1adt菜單：docking search parameters simulated annealing parameters 設(shè)置模擬退火算法參數(shù)（圖25）：圖25：simulated annealing parameters對(duì)話框2adt菜單：docking search parameters local search parameters. 則可設(shè)置局部搜索算法參數(shù)（圖26）：圖26：local search parameters對(duì)話框adt菜單：docking docking parameters 打開set docking run option

47、s對(duì)話框，設(shè)置對(duì)接運(yùn)行參數(shù)。在此，我么全部采用系統(tǒng)默認(rèn)值（圖27），點(diǎn)擊accept保存參數(shù)。圖27：set docking run options對(duì)話框adt菜單：docking output lamarckian ga 輸出拉馬克遺傳算法對(duì)接參數(shù)文件“ind.dpf”（如果要使用之前提到的其他算法進(jìn)行計(jì)算，那么在設(shè)置好相應(yīng)的參數(shù)后，需要在output菜單中選擇輸出成相應(yīng)算法的參數(shù)文件才能進(jìn)行計(jì)算）。adt菜單：docking edit dpf 打開edit dgf對(duì)話框，可以查看并手動(dòng)編輯修改剛才生成的dpf文件（圖28）。圖28：edit dgf對(duì)話框10運(yùn)行autodock4與運(yùn)行au

48、togrid4 非常相似，adt菜單：run run autodock 啟動(dòng)運(yùn)行autodock圖形界面。點(diǎn)擊program pathname后的browse按鈕，選擇之前放置在1hsg目錄中的autodock4程序，以替換界面中默認(rèn)的autodock3，parameter file以及l(fā)og file程序一般情況都能自動(dòng)設(shè)置好，如須修改點(diǎn)擊相應(yīng)的browse按鈕選擇正確的文件即可（圖29）。圖29：run autodock對(duì)話框點(diǎn)擊launch按鈕，與運(yùn)行autogrid相似，運(yùn)行程序進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)彈出過(guò)程管理器，顯示進(jìn)程編號(hào)、運(yùn)行時(shí)間及狀態(tài)，還可以隨時(shí)kill該autodock4進(jìn)程，運(yùn)行

49、完畢后該對(duì)話框會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。此外，還可以在控制臺(tái)中輸入命令以運(yùn)行autodock4：autodock4 p ind.dpf l ind.dlg & #注意文件名及路徑autodock4運(yùn)行完畢后，程序運(yùn)行記錄以及最終的結(jié)果都被保存在“ind.dlg”文件中。三、結(jié)果分析1讀取對(duì)接記錄文件（.dlg）adt菜單：analyze dockings open 打開對(duì)接記錄文件“ind.dlg”，彈出信息窗口，顯示此日志文件中包含10個(gè)對(duì)接結(jié)果的分子構(gòu)象以及數(shù)據(jù)，這與我們之前設(shè)置的對(duì)接參數(shù)是一致的（圖30）。圖30：打開ind.dlg文件后彈出的信息窗口2觀察對(duì)接好的分子構(gòu)象adt菜單：analyze

50、conformations load 將對(duì)接結(jié)果及分子構(gòu)象載入到圖形窗口中，并且在彈出ind conformation chooser對(duì)話框中單擊列表中的相應(yīng)分子構(gòu)象編號(hào)后，上部顯示窗口即可顯示此分子構(gòu)象的對(duì)接數(shù)據(jù)。而如果雙擊，則可以將該分子構(gòu)象載入到分子顯示窗口中，以便觀察分析（圖31）。圖31：ind conformation chooser對(duì)話框及顯示出來(lái)的構(gòu)象及其對(duì)接信息adt菜單：analyze conformations play 彈出ind播放控制對(duì)話框（圖32），顯示并播放對(duì)接分子構(gòu)象，這樣可以通過(guò)不同的前進(jìn)/后退按鈕選擇不同的分子構(gòu)象，還可以將所有對(duì)接構(gòu)象按動(dòng)畫方式播放。圖32：ind播放控制對(duì)話框單擊ind播放控制對(duì)話框上的&按鈕，打開set play options對(duì)話框，鉤選show info可顯示當(dāng)前構(gòu)象的相關(guān)信息（圖33）。 圖33：set play options及info窗口將color by下拉菜單選為vdw，當(dāng)前構(gòu)象則按照范德華作用力的大小來(lái)進(jìn)行著色（圖34）。圖34：使用set play options對(duì)話框更改構(gòu)象著色方式點(diǎn)擊build all按鈕可將所有構(gòu)象重疊在一起顯示顯示（圖35）；如果點(diǎn)擊build current按鈕則將當(dāng)前顯示的構(gòu)象添加到顯示窗口中，方便比較不同的對(duì)接構(gòu)象。圖35：所有構(gòu)象重疊顯示效果點(diǎn)