分子對接的基本原理就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)和能量互補(bǔ)的原則來實(shí)時(shí)評價(jià)配體與受體相互作用的優(yōu)劣，最終找到這兩個(gè)分子之間最佳的結(jié)合模式。

分子對接分為剛性、半柔性和柔性對接。不同的對接軟件又可以分為：商業(yè)軟件和學(xué)術(shù)軟件，而分子對接的計(jì)算結(jié)果，則體現(xiàn)為打分函數(shù)的不同。目前用的比較多的分子對接軟件有：AutoDock、AutoDock Vina、LeDock、rDock，這些都是學(xué)術(shù)軟件；商業(yè)軟件有：Glide、GOLD、MOE Dock、Surflex-Dock、LigandFit、FlexX等等。

做分子對接，一般對接的分子量都很大，到底有多大？就是很大！

我來舉個(gè)例子，通常分子對接的采樣，都是百萬到千萬級別的分子

而事實(shí)上可用于藥物發(fā)現(xiàn)的有機(jī)分子有多少？

超過10的60次方！

我們?nèi)〉闹皇菧婧Ｒ凰诹T了。

這么大的對接量，對算力的需求肯定少不了呀！

那怎么辦呢？

具體，我以AutoDock-Vina分子對接為例。

AutoDock-Vina 是用于分子對接和虛擬篩選的開源程序，由Scripps研究所分子圖形實(shí)驗(yàn)室的Oleg Trott博士設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，是目前使用最為廣泛的分子對接軟件之一。此外，Vina可以利用系統(tǒng)上的多個(gè)CPU或CPU內(nèi)核來顯著縮短運(yùn)行時(shí)間；北鯤云超算平臺(tái)提供了豐富的cpu,gpu資源，此次教程以STAT3靶點(diǎn)的晶體結(jié)構(gòu)與其原配體為例進(jìn)行分子對接的詳細(xì)步驟說明，就在北鯤云上演示。

準(zhǔn)備工作

蛋白晶體結(jié)構(gòu)由PDB數(shù)據(jù)庫下載，PDB編號為6NJS。首先需要通過其他軟件如Pymol、Glide、DS等去除蛋白中的水分子，刪除多余的鏈，并把原配體分子提離出來。單獨(dú)的蛋白文件和配體文件均保存為.pdb格式。

設(shè)置工作目錄：

為了計(jì)算的方便以及后續(xù)文件的方便查找，我們首先設(shè)置一個(gè)工作目錄，要注意文件路徑需全為英文，否則會(huì)導(dǎo)致程序出現(xiàn)錯(cuò)誤。

我這里在C盤中設(shè)立文件夾AutoDock，以后的計(jì)算均可保存在該文件夾中。

為了將不同的計(jì)算結(jié)果分開，我們再創(chuàng)建一個(gè)文件夾6NJS在AutoDock文件夾下。

AutoDock vina的計(jì)算需要用到兩個(gè)程序，即vina.exe和vina_split.exe。其中vina.exe是用來做對接，vina_split.exe用來分割對接構(gòu)象結(jié)果。

在運(yùn)算之前，從下載好的文件夾中復(fù)制這兩個(gè)程序至6NJS文件夾中。同時(shí)將保存的蛋白及原配體的.PDB文件也放置在該文件夾中，其中6njs.pdb為蛋白文件，KQV701.pdb為原配體文件。

受體和配體的預(yù)處理

打開預(yù)裝好AutoDockTools的windows工作站，在菜單欄點(diǎn)擊File>ReadMolecule打開6NJS文件夾中的6njs.pdb。

-受體準(zhǔn)備-

①除水：在準(zhǔn)備工作中蛋白中水分子已被刪除，這一步即可省略。

②加氫：Edit>Hydrogens>Add>OK

③計(jì)算電荷：Edit>Charges>ComputeGasteiger

④添加原子類型：Edit->Atoms->AssignAD4 type

⑤保存為.pdbqt文件：File->Save->WritePDBQT，此時(shí)可在6NJS文件夾下看到多了一個(gè)“6njs.pdbqt”文件

-配體準(zhǔn)備-

點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵>delete 在Dashboard中把受體分子刪除。通過ADT菜單欄Ligand->Input->Open打開KQV701.pdb文件，彈出一個(gè)對話框，點(diǎn)擊確定

①調(diào)整電荷：彈出窗口提示配體分子的總電荷數(shù)不是整數(shù)。點(diǎn)擊Edit->Charges->Check Totals on Residues>Spread ChargeDeficit over all atoms in residue>Dismiss

②判定配體的root：ADT菜單欄Ligand>Torsion Tree>DetectRoot

③選擇配體可扭轉(zhuǎn)的鍵：Ligand>TorsionTree>Choose Torsions>Done，表示該分子32個(gè)鍵中有13個(gè)可旋轉(zhuǎn)的。

其中紅色表示不可旋轉(zhuǎn)的鍵，綠色表示可旋轉(zhuǎn)鍵，紫色表示不可扭轉(zhuǎn)，通常為肽鍵。如果要設(shè)置某個(gè)鍵不可扭轉(zhuǎn)，那么先按住shift鍵，然后鼠標(biāo)單擊即可（顏色變成紫色）。

④保存為.pdbqt文件：ADT菜單欄Ligand->Output->Saveas PDBQT，此時(shí)可在6NJS文件夾下看到多了一個(gè)“KQV701.pdbqt”文件

創(chuàng)建對接信息文件

在6NJS文件夾中創(chuàng)建一個(gè)配置文件：6njs.conf，這個(gè)文件里面寫上用于對接的詳細(xì)參數(shù)：

receptor = 6njs.pdbqt

ligand = KQV701.pdbqt

center_x = 13.24

center_y = 54.43

center_z = 0.27

size_x = 20.6

size_y = 31.1

size_z = 23.1

energy_range = 4

exhaustiveness = 12

num_modes = 10

receptor：表示受體分子的路徑

ligand：表示配體分子的路徑

center_x，center_y，center_z：表示活性位點(diǎn)盒子中心的坐標(biāo)，我們這里以配體擴(kuò)張法定義對接盒子，即以原配體所在位置為中心向外擴(kuò)張一定的范圍。如果沒有原配體可以通過文獻(xiàn)查找或工具預(yù)測的方法獲得。

size_x，size_y，size_z：指定對接盒子的大小。這里設(shè)置的大小至少要包裹活性位點(diǎn)的空腔，但不宜設(shè)置過大，負(fù)責(zé)對接結(jié)果不準(zhǔn)確，具體的設(shè)置可根據(jù)對接結(jié)果的好壞重新調(diào)整。

energy_range：與最優(yōu)結(jié)合模型相差的最大能量值，單位是kcal/mol。我們設(shè)置為4則表示vina最多計(jì)算到與最優(yōu)模型的能量差值為4就終止計(jì)算了。

exhaustiveness：用來控制對接的細(xì)致程度，默認(rèn)值是8，設(shè)置值與電腦的配置相關(guān)，影響計(jì)算時(shí)間。

num_modes：最多生成多少個(gè)模型。此時(shí)，6NJS文件夾中應(yīng)該包括配體分子，受體分子，參數(shù)文件，vina程序共7個(gè)文件。

執(zhí)行計(jì)算

打開北鯤云超算平臺(tái)，進(jìn)入控制臺(tái)

這里選擇SSH連接，通過SSH鏈接啟動(dòng)一個(gè)管理節(jié)點(diǎn)，并連接進(jìn)入管理節(jié)點(diǎn)。

通過win+R進(jìn)入運(yùn)行窗口，輸入“cmd”進(jìn)入命令行窗口，此時(shí)默認(rèn)文件夾一般為C盤，

再輸入

CDC：AutoDock6NJS

回車，進(jìn)入該文件夾。

輸入

vina--config6njs.conf

回車，即可執(zhí)行分子對接計(jì)算。

等待計(jì)算完成，一共得到10個(gè)模型結(jié)果，包括對接結(jié)合能分?jǐn)?shù)，RMSD值，我們可以看到有多個(gè)結(jié)果的RMSD都小于2埃，說明本次分子對接結(jié)果還是比較可靠的。

在北鯤云超算平臺(tái)完成分子對接計(jì)算的過程還是比較簡單的，只要按照上述步驟即可完成，中途如果遇到問題可以隨機(jī)聯(lián)系我們的技術(shù)支持，技術(shù)支持隨時(shí)在線解決大家的疑惑。

除了簡便的操作之外，在平臺(tái)上還有海量資源供大家選擇，不用擔(dān)心要排隊(duì)或者ddl趕不上啦！

審核編輯黃昊宇