CADD实验手册

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models)” ，执行“File-Save PDB”操作，选择路径和文件名，保存文件，得到 天然配体的 pdb 文件。 随堂软件练习 1. 从 /pdb/home/home.do 上下载下面的蛋白质 其 ID 为 1BYQ 1UY8 1UYH 2BSM 2XDL 2.画出小分子的结构图，写出小分子 5 埃范围内的氨基酸 3.描述小分子与蛋白质的氢键相互作用，绘制氢键网络图 4 描述小分子与蛋白质的疏水相互作用，绘制疏水表面图。 格式可参照如下文献： GU Hui, et al. Chinese Sci Bull 8(2010) Vol.55 No.24: 2677−2683 Hsp90 抑制剂的研究进展，中国抗生素杂志 2011 年 4 月第 36 卷第 4 期 241-248
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同源建模 By：刘源 一、 背景知识介绍 目前对于蛋白质的实验解析方法主要包括两大类：(1)基于 X 射线晶体衍射 图法 （X-ray crystallography） 和中子实验衍射法； (2)基于核磁共振法(nuclear magnetic resonance,NMR)、圆二色谱法、激光拉曼光谱法、荧光光谱法等的蛋 白质溶液结构测定方法。采用 X 射线晶体衍射法可以得到稳定态的蛋白质结构， 但是很难捕捉到过渡态的蛋白质结构。另外，很多大蛋白体系很难得到晶体，因 此采用实验法来测定蛋白质结构受到了极大的局限。所以，目前对于蛋白质结构 的预测仍然在很大程度上依赖于同源蛋白预测技术。 然而同源蛋白预测的准确性 依赖于跟模板蛋白序列的同源程度（sequence 6tity） 。如果序列同源性很低， 预测的结果可信度就低，反之则高。同源模建（homology modeling）是同源蛋 白预测技术中最重要的一门技术。 同源模建的基本假设是序列的同源性决定了三 维结构的同源性，一个未知结构的蛋白（target protein）可以通过与之序列同 源且结构已知的蛋白（template protein）来进行预测。一般来讲，若蛋白序列 （目标序列）与模板蛋白序列同源性在 50%以上时，所得到的目标蛋白结构具有 很高的准确性；若蛋白序列（目标序列）与模板蛋白序列同源性在 30%-50%之间 时，所得到的目标蛋白结构具有较高的准确性；若蛋白序列（目标序列）与模板 蛋白序列同源性在 30%以下时，所得到的目标蛋白结构的准确性往往可信度较 差。 同源模建的基本过程包括：同源蛋白的搜索、序列比对、模型构建、模型 优化与模型评价。下面逐一介绍。 二、操作步骤 1.目标序列的下载 在网站 /sprot/上输入想要下载的蛋白质名称， 可以找到相应蛋白质的序列 选中所有序列，点击右下方出现的 retrieve 键 下载 FASTA 格式的序列 2.序列准备 将 模 板 的 序 列 通 过 analysis→Sequence 另存导出 按照 N 端、TM1、IL1、TM2、EL1……对目标蛋白以及模板蛋白的序列进 行分类 在 /Tools/msa/clustalw2/网站上进行序列分段
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子与其配体之间相互作用的分子对接软件，主要用于小分子与其受体的对接，但 也可用于小肽和其受体的对接。Autodock 是采用模拟退火和遗传算法来寻找受 体和配体最佳的结合位置， 用半经验的自由能计算方法来评价受体和配体之间的 匹配情况。最新的版本为 3．05(Goodselll996，Morrisl996，Morrisl998， Raol999，Osterberg2002)。 二、操作步骤 1、用 Autodock 打开 pdb 格式的受体，加极性氢加电荷，再保存为 pdb 格式文 件。 （具体操作过程：File→Read molecule Edit→Charges→Add kollman charges Edit→Hydrogens→Add File→Save→Write .pdb） 2、打开 pdb 格式的配体，观察可扭转的化学键个数，并导出为 pdbqt 格式文 件。 （具体操作过程：Ligand→Input→open Ligand→Torsion Tree→Choose Torsions→Done Ligand→Output→Save as .pdbqt） 3、选择受体并保存为 pdbqt 格式，再选定配体，以配体为中心画盒子，导出 为 gpf 格式的文件。 （具体操作过程：Grid→Macromolecule→choose→receptor→save as pdbqt Grid→Set map types→choose→ligand Grid→Grid box→center on ligand(此处可调节盒子 的大小) File→close saving current Grid→Output→save .gpf） 4、设置构象数并输出.dpf 格式文件。 （具体操作过程：Docking→Macromolecule→set rigid filename Docking→Ligand→choose Docking → Search parameter → genetic algorithm → (Number of GA Runs 50;Population Size 150)accept Docking→Docking parameters→accept Docking→Output→Lamarckian GA→.dpf）
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Autodock 的基本操作 一、背景介绍 分子对接计算是把配体分子放在受体活性位点的位置，然后按照几何互补、 能量互补以及化学环境互补的原则来实时评价配体与受体相互作用好坏， 并找到 两个分子之间最佳的结合模式。分子对接是从整体上考虑配体与受体结合的效 果，能比较好地避免其他方法中容易出现的局部作用较好而整体结合欠佳的情 况。分子对接在药物设计中具有十分重要的意义。在药物分子产生药效反应的过 程中，药物分子与靶酶相互结合，首先就需要两个分子充分接近，采取合适的取 向，使两者在必要的部位相互契合，发生相互作用，继而通过适当的构象调整， 得到一个稳定的复合物构象。 分子对接的目的是找到底物分子和受体分子之间最 佳的结合位置。在药物设计中，分子对接方法主要用来从小分子数据库中搜寻与 受体生物大分子有较好亲和力的小分子，进行药理测试，从中发现新的先导化合 物。 分子对接的最初思想起源于“锁和钥匙模型” ，即“一把钥匙开一把锁” 。当 然， 分子对接如药物分子与靶酶分子之间的识别要比 “锁和钥匙” 模型复杂得多。 首先底物分子和靶酶分子的构象是变化的，而不是刚性的，底物分子和靶酶分子 在对接过程中互相适应对方，从而达到更完美的匹配。其次，分子对接不仅要满 足空间形状的匹配，还要满足能量的匹配，底物分子与靶酶分子能否结合以及结 合的强度最终是由形成此复合物过程的结合自由能变化决定的。互补性 (complementarity)和预组织(pre—organization)是决定分子对接过程的两个 重要原则，前者决定识别过程的选择性，后者决定识别过程的键合能力。其中互 补性包括空间结构的互补性和电学性质的互补性。 分子对接的种类主要包括： ①刚体对接：指在对接过程中，研究体系的构象不发生变化。适合考 察比较大的体系，如蛋白质和蛋白质间以及蛋白质和核酸之间的对接。 ②半柔性对接：指在对接过程中，研究体系尤其是配体的构象允许在 一定的范围内变化。适合处理大分子和小分子间的对接，对接过程中，小 分子的构象一般是可以变化的，但大分子是刚性的。 ③柔性对接：指在对接过程中，研究体系的构象基本上可以自由变化 的。一般用于精确考虑分子间的识别情况。由于计算过程中体系的构象可 以变化，所以计算耗费最大。 目前应用较为广泛的分子对接方法包 括 ： Dock ， Autodock ， Fiexx ， Affinity，Gold 等。 AutoDock 是由 Scripps Research Institute 开发的一款用于预测生物大分
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Tools-Structure Analysis-FindHBond（选择如下图所示）-OK 我们会看到浅蓝色的氢键。
பைடு நூலகம்
3. 蛋白质分子表示为 Ribbon 形式 Presets-Interactive1（ribbons） 4. 形成蛋白质分子的疏水表面，并观察其与小分子的疏水作用 Presets-Interactive1（hydrophobicity surface） Select-Chain-A-Actions-Surface-Transparency（可以选择透明度，透过疏 水表面能够看到小分子和带状的蛋白质） 补充说明： 通常受体蛋白 pdb 都是从 RCSB Protein Data Bank 中下载的，其晶体衍射 结构中通常含有水分子、Cl 原子等无关分子，此外蛋白质中可能含有金属元素 和天然配体，这些都会对疏水作用的分析产生影响。 ①保存蛋白质的 pdb 文件： 在 “ File-Open ” 中 打 开 下 载 的 pdb 文 件 ， 执 行 “ Select-Residue-all nonstandard ” 操 作 ， 即 选 中 所 有 无 关 原 子 ， 再 执 行 “Actions-Atoms/Bonds-delete”操作，这样就把原来的 pdb 文件删的只剩下蛋 白质氨基酸序列，执行“File-Save PDB”操作，选择路径和文件名，保存文件， 得到蛋白质的 pdb 文件。 ②保存天然配体的 pdb 文件： 在 “ Select-Residue ” 中 选 择 天 然 配 体 ， 再 执 行 “ Select-Invert(all
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Chimera 的基本操作 一、软件介绍 UCSF Chimera 是由美国加州大学圣迭亚哥分校 CGL 实验室（UCSF Computer Graphics Laboratory，CGL)开发的一个生物学软件。UCSF Chimera 是一个高度 可扩充的、交互式的分子结构显示、分析系统。Chimera 可以读取多种格式的分 子结构和相关数据，并用不同的方式显示出来，还能够生成高质量的图像、动画 以便于印刷、展示。Chimera 还可以：显示、分析电镜密度图；利用对称性来显 示高度有序的结构；显示多序列比对；允许做分子动力轨道和锚定（docking） 分析。 Chimera 对学术、政府、非盈利性和个人的使用是免费的，并有很多文 档 、 指 南 来 指 导 初 学 者 使 用 。 Chimera 可 以 在 各 种 平 台 上 使 用 ， 包 括 Windows,MacOSX,Linux,SGI,Unix 等平台。 Chimera 软件可打开 pdb，mol，mol2，py 等多种文件格式，其中 pdb 格式 是默认的打开和保存格式，蛋白质受体和小分子配体通常都用 pdb 格式保存。 Chimera 软件可以同时打开多个 pdb 文件。在魏老师课题组内，Chimera 软件主 要是用来观察小分子配体和受体蛋白质的疏水作用， 因此下面内容将主要介绍如 何观察小分子配体和受体蛋白质的疏水作用， 并简要介绍 Chimera 在其他方面的 应用。 二、基本操作 Chimera 是典型的“先选中，再执行操作”的软件，选中操作在操作界面的 “Select”一栏中，被选中的部分会呈绿色.本项操作以 1UY6（PU3）为例进行 讲解说。 1. 在 Chimera 中打开 pdb 文件，显示小分子 5 埃范围内的氨基酸，用球棍模型 标示，并显示氨基酸的名称和序列。 （具体操作步骤：File-Open-1UY6(PU3)打开想要的 PDB 文件。 Select-Residue-PU3 选中小分子 PU3 Select-Zone-OK 选中 5 埃范围内的氨基酸如下图：-↑(补全氨基酸残基) Select-Invert（all models）- Actions-Atoms/Bonds-hide（只保留了 5 埃范围内的氨基酸） Select-chain-A- Actions-Atoms/Bonds-show（显示出了全部的氨基酸） Actions-Label-Residue-Name+Specifier 显示了选中的氨基酸的名称和序 列。 Actions-Atoms/Bonds-Ball&Stick 选中区域的氨基酸用球棍模型标示。 2. 观察小分子与大分子之间的氢键作用 具体操作步骤：Select-Residue-PU3 选中小分子 PU3