文章目錄

• 引言
• 1. 氫鍵相互作用
• 2. 形狀(性質)互補
• • 2.1 形狀互補
  • 2.2 性質互補
  • • 2.2.1 電性互補
    • 2.2.2 疏水性互補
• 3. 應變能
• 總結

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引言

藥物配體和靶標和配體之間是一個動態的誘導契合過程, 其結合的穩定以及親和力是藥物產生效應的必備條件，因此了解影響配體和靶標之間相互作用的關鍵因素并作出相應的判斷是藥學工作者所需具備的相應素質，在CADD領域則往往反應為如下兩個方面的工作：

1. 剔除錯誤的結合模式
2. 篩選高親和力結合模式

其本質其實就是判斷相互作用是否合理，以及判斷相互作用的強弱。本篇博文將介紹如何對分子對接中的相互作用特征進行基本的分析，主要可以分為如下三類：

1.氫鍵相互作用
2.形狀(性質)互補
3.應變能

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1. 氫鍵相互作用

氫鍵是分子間作用力的一種，是一種永久偶極之間的作用力，氫鍵發生在已經以共價鍵與其它原子鍵結合的氫原子與另一個原子之間（X-H…Y），通常發生氫鍵作用的氫原子兩邊的原子（X、Y）都是電負性較強的原子, 并且電負性的強弱直接與氫鍵的鍵能相掛鉤. 下列是常見的氫鍵類型及其鍵能:

• - F—H ? : F （155 kJ/mol 或 40 kcal/mol）
• -O—H ? : N （29 kJ/mol 或 6.9 kcal/mol）
• -O—H ? : O （21 kJ/mol 或 5.0 kcal/mol）
• -N—H ? : N （13 kJ/mol 或 3.1 kcal/mol）
• -N—H ? : O （8 kJ/mol 或 1.9 kcal/mol）
• -HO—H ? :OH3+ （18 kJ/mol[5] 或 4.3 kcal/mol）

Pymol中對氫鍵相互作用是否存在給出了如下指標:

而對于分子對接的結果, 如何評價這些氫鍵相互作用網絡的好壞呢? 存在如下4條基本的規則供大家參考:

• 結合口袋深處的密集氫鍵網絡是非常好的相互作用,有利于結合模式的穩定性高
• 口袋淺層的氫鍵容易受到溶劑的競爭,因此在動力學上不穩定
• 界定口袋深處和淺層的依據是疏水互補界面的深淺
• 口袋深處的非飽和氫鍵供受體對接和具有破壞影響

2. 形狀(性質)互補

2.1 形狀互補

對接模式的穩定性還與分子的大小和形狀匹配有關。如果配體能夠充分占據蛋白質的結合位點，防止溶劑過分進入結合口袋影響配體和蛋白之間的相互作用。對接模式也因此更為穩定。

2.2 性質互補

性質匹配主要是指的電性和疏水性。在對接模式中，結合面兩側的性質越互補越穩定。

2.2.1 電性互補

可以使用計算化學方法計算小分子和蛋白質結合界面兩側的電荷分布，例如量子力學計算、分子動力學模擬等。然后，將電荷分布映射到三維空間中，并分析它們在空間分布上的相似性。但上述方法往往耗時過長，可以通過認為經驗判斷。如果小分子和蛋白質結合界面兩側的電性相似，則它們更有可能相互吸引并形成穩定的結合。

2.2.2 疏水性互補

親水分子喜歡與其他親水分子結合，疏水分子則喜歡與其他疏水分子結合。常見的親疏水性指標包括log P, SASA等。
蛋白中常見的疏水性氨基酸包括：
甲基丙氨酸 (Ala)
丙氨酸 (Val)
亮氨酸 (Leu)
異亮氨酸 (Ile)
脯氨酸 (Pro)
苯丙氨酸 (Phe)
脯氨酸 (Met)

而在小分子官能團中常見的親疏水官能團則主要有：
親水性官能團：
羥基（-OH）：羥基是一種親水性官能團，因為它可以形成氫鍵與水分子相互作用。羥基被廣泛應用于藥物化學和生物化學中，例如許多生物活性分子中都含有羥基官能團。

羧基（-COOH）：羧基也是一種親水性官能團，因為它可以形成氫鍵和水分子相互作用。許多生物大分子中都含有羧基官能團，例如蛋白質和核酸等。

氨基（-NH2）：氨基官能團是一種親水性官能團，因為它可以形成氫鍵與水分子相互作用。氨基官能團常出現在生物大分子中，例如蛋白質和核酸中的氨基酸和堿基等。

磷酸基（-PO4H2）：磷酸基是一種極性官能團，由于其可離子性和高電荷密度，因此它具有較強的親水性。磷酸基在生物體中廣泛存在，如在ATP和DNA等分子中。
疏水性官能團：
常見的疏水性官能團包括烷基、脂肪族和環烷基、芳香族和烯烴等。這些官能團的共同特點是它們在水中難以溶解或不溶解，因為它們與水分子之間的相互作用較弱。

此外，分子的極性也是影響其疏水性的因素之一。一般來說，分子的極性越強，其疏水性越差。因為極性分子與水分子之間的相互作用較強，因此不容易形成疏水核心。相反，非極性分子的疏水性較好，因為它們與水分子之間的相互作用較弱，容易形成疏水核心。

3. 應變能

在配體和靶標發生結合的過程中，兩者會從溶液中的最優構象起始，發生一定的構象變化進而轉變為結合構象。最優構象和結合構象之間的能量差異即為應變能。
過大的應變能往往對應著不合理的幾何結構和構象。一些研究表明，應變能的值通常在5-10 kcal/mol范圍內，可能是較合理的范圍，但具體應變能的大小還取決于所研究的具體分子對接體系、結構和相互作用的類型等因素。因此，在進行分子對接研究時，應對具體情況進行評估，以獲得準確的計算和結論。比如說，應變能的容忍度與可旋轉鍵高度相關，可旋轉鍵越少對應變能的容忍度也就越低。通常認為具有3根以下旋轉鍵的配體應變能應當低于5 kcal/mol，具有4-7根可旋轉鍵的配體應變能應當低于8 kcal/mol，8根以上可旋轉鍵的配體的應變能可能高于10 kcal/mol。

1.警惕應變能超出在10 kcal/mol范圍的對接模式

總結

分子對接的目視篩查是經驗性為主導的過程，上述文章簡單講了一些需要注意的點，如有補充歡迎大家在評論區提出。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的分子对接中的相互作用特征分析(目视筛查)的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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