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blogTitle:'在fedora 10安装linux版本的discovery studio 2.5具体步骤',
blogAbstract:'在fedora core 10安装linux版本的discovery studio 2.5具体步骤1、首先下载linux版本的discovery studio 2.5。地址如下：'
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2011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery StudioDiscovery Studio 上机操作 Tutorials （Discovery Studio 版本：3.0）Discovery Studio 基本操作12011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery StudioDiscovery Studio 基本操作目的： 通过此教程，了解并掌握 Discovery Studio 中一些基本操作。 所需功能和模块：Discovery Studio Visualizer client 所需数据文件：pk-10.sd 和 1aq1.pdb。 所需时间：30 分钟 介绍 在使用软件进行课题研究前， 我们首先应该了解并掌握该软件使用的一些基本操作。 为后续 的体系处理做好准备工作。这个教程包括： ? 小分子配体准备 ? 蛋白文件的处理小分子配体准备在 Discovery Studio（DS）中，可以直接构建分子结构，也可以将在其它画图软件中画好的 结构直接拷贝到 DS 中，本教程演示如何在 DS 中构建。 1. 调用 Sketching 功能 从 View 菜单下，打开 Toolbars，选择 Sketching， Toolbars 中将显示各种 Sketching 的工具，这些工具可以用来构建化合物的初始结构。2. 利用 Sketching 构建化合物的 3D 空间构象 打开一个分子显示窗口（Molecule Window） ，File&new&Molecule Window 注： DS 中有四种窗口模式， 包括 Molecule window （显示分子结构） ， Protein Sequence Window （显示蛋白序列） ，Nucleotide Sequence Window（显示核酸序列） ，Script Window（显示程 序语言） ，因此我们需要根据载入的文件类型选择窗口。 DS 中构建化合物的 3D 空间构象非常容易，也非常灵活。本教程以以下化合物为示例，以 图示的方法演示如何构建化合物的结构。HN N Cl N H O OH O S选择 选择，在窗口中画出结构 1，点击将其选中，Chemistry&Bond&Aromatic 得到结构 2，，构建各连接单键，可得到结构 3，再次点击相应的键就可以构建双键结构 4，更换 选中某个碳原子，Chemistry&Element 更换相应元素即可，最后得结构 5。元素类型，22011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio12345图 1 分子结构构建过程 选择 Structrue&Clean Geometry 可进一步优化此化合物的几何三维结构。 3. 使用 protocol 处理多个配体结构 如果配体数目较多，还要考虑对映异构体等因素时，可用流程浏览器中的 Prepare Ligand 处 理该体系，通过此操作不仅可以产生三维结构，加氢，还可以产生异构体，并可以选择用 Linpiski’s rules of five 作为筛选条件。 从 File 中选择并打开 pk-10.sd 文件，默认为以表格浏览器（Data Table View）形式打开，快 捷键 Ctrl+G 可打开图形窗口，Ctrl+H 可打开树状窗口。将相应分子的表格属性中 visible 前选中，即可观看分子结构(图 2)图 2 pk-10.sd 的输入分子结构 点击 Tools|Small Molecules，展开菜单中的 Prepare or Filter Ligands 一栏，在其下拉列表的 Prepare 中点击“Prepare Ligands” ， 流程对应参数打开（图 3）。32011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio图 3 “Prepare Ligands”流程参数设置 点击 Run 运行作业，等待作业完成。 从菜单中选择 Window | Close All，关闭所有窗口。 双击作业浏览器（Jobs Explorer）窗口中相应的行，打开 Report 页面。图 4 输出的结果文件 输入的 10 个结构，经过处理后产生 31 个配体分子，打开 Output Files 中的 pk-10.sd，观察 结果。蛋白文件的处理1. 蛋白结构的载入 介绍三种蛋白结构的载入方法 1.1 可通过 DS 直接从 PDB 库中下载蛋白结构 File&Open URL 可出现图 5 对话框，直接输入蛋白 ID 号 如果机器联网，即可直接下载到视窗中。42011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio图 5 “Open URL 1.2 可通过流程浏览器中的 RCSB Structrue Search 模糊查询所有符合条件的蛋白 点击 Tools|Macromolecules，展开的菜单栏中点击 Query Online Databases，点击其下拉菜单 中 Search Databases 中的 “RCSB Structrue Search”按钮， 流程对应参数打开（图 6）。图 6 “RCSB Structrue Search”流程参数设置 可通过 ID 号，配体结构信息，实验方法，作者名称等信息查询，可按需要进行检索。 1.3 从 File 中直接打开本地文件 2. 蛋白文件处理 本例采用第三种载入蛋白的方式，从 File 中找到并打开 1aq1.pdb。 Ctrl+H 打开系统视图，Ctrl+T 打开表格浏览器，从左边的树状窗口中选择水分子（图 7） ， 删除，同样点击 Tools|Macromolecules，展开的菜单栏中选择 Prepare Protein，点击 Mannual Preparation 面板组中的 Clean Protein 快捷工具。52011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio图 7 1aq1 结构 可去除蛋白多构象，补充非完整的氨基酸残基，为蛋白加氢等，具体参数设置可选择 Edit&Preference&Protein Utilities&Clean Protein（图 8） 。图 8 Preferences 对话框 经过处理的蛋白（图 9） ，可进行下面的对接等操作，也可对其显示方式作改变，鼠标右键 选择 Display Style，Atom 一栏选择 None，Protein 一栏选择 Solid Ribbon，其它参数默认 蛋白即可按照二级结构显示。62011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio图 9 经过处理的蛋白图 10 蛋白以二级结构显示72011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery StudioDiscovery Studio 上机操作 Tutorials （Discovery Studio 版本：3.0）分子对接专题： LibDock、LigandFit、CDOCKER、Flexible Docking82011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery StudioDiscovery Studio LibDock 教程Libdock C 最快的分子对接技术目的：采用 Libdock，以一组配体及一个明确活性位点的蛋白质为实例，示范分子对接及结 果分析的操作过程。 所需功能和模块：Discovery Studio Visualizer client, DS LibDock, DS Catalyst Conformation。 所需数据文件：1kim.pdb 和 kinase_ligands.sd。 所需时间：0.5 小时介绍基于结构的药物设计技术在药物研发中起着非常重要的作用。 在药物分子产生药效反应 的过程中，药物分子要与靶标相互结合，首先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，才能得到一个稳定 的复合物构象。 基于结构的药物设计主要采用的是分子对接技术。 分子对接就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，能够较好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。 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。 本教程中，一组配体分子将被对接到胸苷激酶（thymidine kinase）中，本教程包括：? ?准备分子对接体系，执行分子对接计算 分析对接结果准备分子对接体系，执行分子对接计算1. 定义蛋白为受体分子 在文件浏览器（Files Explorer）中，找到并双击打开 1kim.pdb 文件。 该蛋白将在一个新的分子窗口中出现。（图 1） 在系统视图中点击选中 1kim。 在工具浏览器 （Tools Explorer） 中， 展开 Receptor-Ligand Interactions | Define and Edit Binding Site，点击 Define Receptor。 在系统视图中添加 SBD_Receptor 一栏。 将前面选择的蛋白分子 1kim 定义为受体分子，供下一步使用。92011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio图 1 蛋白质三维结构示意图2. 寻找受体中可能的结合区 如果晶体结构不包括 H 原子，在菜单栏中选择 Chemistry | Hydrogens| Add 加氢。 在工具浏览器（Tools Explorer）中，展开 Receptor-Ligand Interactions | Define and Edit Binding Site，在 Define Site 一栏下点击 From Receptor Cavities。 通过寻找受体中的空腔来寻找受体中可能的结合部位。 在系统视图中自动添加 9 个结合位点（Site1-9），即找到了 9 个可能的结合位点，最大的可 能的结合位点则显示在图形视图中。（图 2）图 2 从受体中寻找结合位点 3. 修改活性部位球半径102011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio单击选中 SBD_Site_Sphere，右键选择“Attributes of SBD_Site_Sphere...”，打开“Sphere Object Attributes”对话框，将半径（Radius）选项由原来的 11.6 设置为 9，点击 OK 按钮。 （图 3），只包括体积较大的 binding site 位置。图 3 打开 Sphere Object Attributes 对话框，更改半径大小 打开配体文件，在文件浏览器中找到配体文件 kinase_ligands.sd，双击，配体在新窗口中打 开。（图 4）图 4 以表格形式浏览待对接配体 4. 打开流程，修改参数 在 Tools 浏览器中展开 Dock Ligands |High-Throughput Screening| Dock Ligands (LibDock) 流程，流程对应参数在参数浏览器中打开。 在参数浏览器中，点击 Input Receptor，从下拉列表中选择“1kim:1kim”设置受体蛋白。 点击 Input Ligands 参数，从下拉列表中选择“kinase_ligands:All”，指定对接配体。 点击 Input Site Sphere 参数，从下拉列表中选择第一个 sphere 的坐标及半径。 点击 Docking Preferences 参数，从下拉列表中选择“User Specified”，根据需要改变对接计 算的特定参数。 展开 Docking Preferences 参数，点击 Max Hits to Save 参数，输入值“10”。本教程中，修 改缺省设置以减少对接所得的构象，减少所用时间。（图 5）112011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio图 5 打开 Libdock 对接流程并设置参数 5. 运行分子对接计算，查看结果参数设置完毕后，点击 Run 运行作业。完成这个作业大约需要 4 分钟。 待作业完成后，点击 Window|Close All 关闭所有窗口文件，由于程序已经将作用保存，所以 询问是否保存时选择 No。双击作业浏览器中刚完成的分子对接作业，点击 View Results， 显示出配体打分最好的 pose。 6. 浏览对接 poses确保系统视图和表格浏览器打开，否则按 CTRL+H 和 CTRL+T 打开。在表格浏览器中将蛋 白的 Visibility Lock 状态由 Yes 改为 No， 解除锁定后， 在系统视图中将所有的 Site 及 Binding sphere 选中并删除，再重新将蛋白的锁定，即 Visibility Lock 状态再改为 Yes，以方便更清 晰的查看对接结果。将蛋白分子以 line 方式显示。122011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio图 6 显示蛋白-配体之间氢键 点击表格中 键和 键将不同配体在图形窗口中显示出来。在 Tools 浏 览 器 中 选 择 Analyze Docking Results|Visualize Interactions|Receptor-Ligand Hydrogen Interactions 在视图窗口中，受体原子与配体对接 poses 间的氢键会通过绿线显示出来。（图 6）为了更 好的观察受体分子与配体对接 pose 间的相互作用，可以对体系进行旋转以获得最佳的观赏 角度。分析对接结果使用 Analyze Ligand Poses 流程，计算对接构象的 RMSD 值，受体与对接构象间形成的氢键 以及过近接触（范德华碰撞）情况。 打开“Analyze Ligand Poses”流程，修改参数 在 Tools 浏览器中打开 Analyze Docking Results|Visualize Interactions|Analyze Ligand Pose 流 程，相应的参数出现在参数浏览器中。 点击“Input Ligands”参数格，下拉列表中选择“Molecule:All”，选中 Molecule 窗口中所 有配体构象。 点击 “Input Receptor” 参数格， 从下拉列表中选择 “Molecule:1kim” 。 展开 “Input Receptor” 参数， 点击 “Hydrogen Bond” 参数格， 从下拉列表中选择 “True” 。 展开 “Hydrogen Bond” 参数，设置“Scope”参数为“Residue”和“Molecule”。 对接得到的姿势与整个受体之间及受体的每个氨基酸残基形成的氢键数目将都被计算出来。 点击“Contacts”参数格，从下拉列表中选择“True”。展开“Contacts”参数，点击“Type” 参数，从下拉列表中选择“All”。这一缺省选项计算每个对接 pose 与整个受体及每个对接 pose 与受体中单个氨基酸残基间的极性和非极性接触。 点击 “Scope” 参数格， 选择 “Residue” 。 （图 7）132011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio图 7 “Analyze Ligand Poses”流程参数设定 运行流程和查看结果 点击 Run 按钮开始计算，完成该作业大概需要 1 分钟。 在作业浏览器中，双击已完成的作业，在 DS 的 Html 窗口中打开 Report.htm 文件。在 Html 窗口中“Output Files”部分点击“View Results”链接，分析计算的结果将以表格浏览器的 形式打开，其中有些列中包括刚计算得到的性质： ? ? ? ? 对接 pose 与整个蛋白形成的氢键数； 对接 pose 与受体每个氨基酸残基形成的氢键数； 对接 pose 与整个蛋白间的过近接触； 对接 pose 与受体每个氨基酸残基间的过近接触。产生氢键数热图 在菜单栏中，选择 Chart | Heat Map 产生热图，热图中的热点对应着对接 pose（Y 轴）与受 体氨基酸残基（X 轴）形成的氢键。比如你可以从图中看到 Gln125 与许多对接 pose 形成氢 键。（图 8） 通过手动浏览所有的配体对接 pose 来识别这么多的氢键是非常具有挑战性的。热图快速显 示氢键图谱，用于洞察那些对配体结合有重要贡献的氨基酸残基。 将鼠标指向热图中特定的栅格，浏览栅格对应的信息，如残基名称，pose 数和氢键数目等。142011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio图 8 氢键数热图 产生过近接触数热图152011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio图 9 过近接触数热图 同理，在菜单栏中，选择 Chart | Heat Map 产生热图，热图中的热点对应着对接 pose（Y 轴）与受体氨基酸残基（X 轴）之间的过近接触数目。移动鼠标到热图中的热点，可以看到 某个 pose 的过近接触数目，垂直条纹表明某个残基与对接 pose 间的过近接触情况。 （图 9） 在图形窗口浏览过近接触图 10 过近接触示意图 Tools 浏览器中 Analyze Docking Results|Visualize Interactions 工具面板下点击“ReceptorLigand Bumps”，在视图窗口中，受体原子与配体对接 poses 间的过近接触会通过紫色线显 示出来。（图 10）点击表格中 是所有 pose 都存在过近接触。 生成配体-蛋白相互作用二维平面图 键和 键显示被选 pose 与受体原子之间的过近接触。不图 11 配体-蛋白相互作用二维平面图 DS3.0 和 DS2.55 相比，在此步骤上做了大量简化。 首先选中要描述的配体（第一个 1e2k），在 Tools 浏览器中点击 Analyze Complexes |Analyze162011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery StudioSingle Complex 下的 Show 2D Diagram 命令，可以看到在一新窗口中打开配体-蛋白相互作 用二维平面图，便于我们更直观的观察两者的相互作用及关键的氨基酸和基团。（图 11）172011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio采用 Discovery Studio LigandFit 进行分子对接教程 LigandFit C 基于几何形状匹配的快速分子对接技术目的：采用 LigandFit，以一组配体及一个明确活性位点的蛋白质为实例，示范分子对接及 结果分析操作过程。 所需功能和模块：Discovery Studio Visualizer client, DS LigandFit, DS LigScore。 所需数据文件：1kim.pdb 和 kinase_ligands.sd。 所需时间：20 分钟介绍基于结构的药物设计技术在药物研发中起着非常重要的作用。 在药物分子产生药效反应 的过程中，药物分子与靶标相互结合，首先就需要两个分子充分接近，以合适的取向在特定 的部位相互契合，产生相互作用，继而通过适当的构象调整，得到一个稳定的复合物构象。 分子对接技术即基于结构的药物设计主要采用的手段， 该技术就是将配体分子置于受体 分子活性位点的位置， 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 体与受体相互作用的好坏， 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。 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，并进行药理测试，从而从中发现新的先导化合物。 Ligandfit 是应用精确的经典分子对接方法进行虚拟筛选的工具。 它本身具备了受体分子 活性位点的自动寻找和确认、 构象柔性的多配体对接以及基于力场的相互作用打分评价的功 能。Ligscore 不仅包括 PLP、PMF 等在内的 8 种不同算法的打分函数，还包括对所有打分函 数评分结果的综合评价。 本教程将采用 LigandFit 将一组配体分子对接到胸苷激酶（thymidine kinase）中。本教程包括： ? ? 准备分子对接体系，执行分子对接计算 分析配体对接构象 (采用 2D 视图显示配体与受体的相互作用)准备分子对接体系，执行分子对接计算1. 定义蛋白为受体分子 在文件浏览器（Files Explorer）中，找到并双击打开 1kim.pdb 文件。 该蛋白将在一个新的分子窗口中出现。（图 1） 在系统视图中点击选中 1kim。 在工具浏览器 （Tools Explorer） 中， 展开 Receptor-Ligand Interactions | Define and Edit Binding Site，点击 Define Receptor。182011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio在系统视图中添加 SBD_Receptor 一栏。 将前面选择的蛋白分子 1kim 定义为受体分子，供下一步使用。图 1 蛋白质三维结构示意图 2.寻找受体中可能的结合区 如果晶体结构不包括 H 原子，在菜单栏中选择 Chemistry | HydrogenS | Add 加氢。 在工具浏览器（Tools Explorer）中，展开 Receptor-Ligand Interactions | Define and Edit Binding Site，在 Define Site 一栏下点击 From Receptor Cavities。 通过寻找受体中的空腔来寻找受体中可能的结合部位。 在系统视图中自动添加 9 个结合位点（Site1-9），即找到了 9 个可能的结合位点，最大的可 能的结合位点则显示在图形视图中。（图 2）图 2 从受体中寻找结合位点192011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio每一个找到的结合位点都包含了绿色的位点显示（空腔形状）和一个红色球体 （ SBD_Site_Sphere ） ， 该 球 体 可 通 过 在 系 统 视 图 中 展 开 每 一 个 位 点 ， 勾 选 或 取 消 SBD_Site_Sphere 来选择显示与否。3. 打开配体文件 在文件浏览器（Files Explorer）中，找到并双击打开 kinase_ligands.sd 文件。 共有 9 个配体分子在新的分子窗口中打开。（图 3）图 3 以表格形式浏览待对接配体4. 分子对接 在流程浏览器（Protocols Explorer）中，展开 Receptor-Ligand Interaction | Docking，点击击 打开 Dock Ligands (LigandFit)流程。 流程对应参数在参数浏览器中打开。 在参数浏览器中，点击 Input Receptor 参数，从下拉列表中选择 1kim:1kim 设置受体蛋白。 点击 Input Binding Site 参数，从下拉列表中选择 Site1:1715 points,214.375??3，partition level 1，指定活性位点。 点击 Input Ligands 参数，从下拉列表中选择 kinase_ligands:All，设置配体分子。 其他参数设置为缺省值。（图 4） 点击流程工具栏（Protocols toolbar）中的 完成这个作业大约需要 5 分钟。 按钮运行作业，等待作业完成。202011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio图 4 LigandFit 对接参数设置4. 浏览对接 poses 为清晰起见，从菜单栏中选择 Window | Close All 关闭所有窗口。 待作业完成后，双击作业浏览器中刚完成的分子对接作业，打开 Report 窗口，点击 View Results。 打开一个新的分子窗口，该窗口中包含了所有 9 个配体分子的对接结果，共 90 个。（图 5）图 5 显示蛋白-配体之间氢键212011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio在工具浏览器（Tools Explorer）中，展开 Receptor-Ligand Interaction | Define and Edit Binding Site，点击 Display 一栏下的 Show/Hide Residues Outside Sphere。 将球外部的氨基酸残基隐藏。 在表格视图（Table View）中，点击 Molecule 选项，将第 1 行中位于 Visibility Locked 下的 打勾取消。 在系统视图（Hierarchy View）中，将 Cell | Site1 前面的勾取消。 在表格视图（Table View）中，Molecule 选项下，将第 1 行中位于 Visibility Locked 下的打 勾重新勾选。 点击表格视图中的 和 按钮，观察配体分子的每个 pose 同受体分子的结合模式。在工具浏览器（Tools Explorer）中，展开 Receptor-Ligand Interaction | Analyze Docking Results ， 点 击 Visualize Interactions 一 栏 下 的 Receptor-Ligand Hydrogen Bonds 和 Receptor-Ligand Pi Interaction。 查看配体-受体间的氢键相互作用和 Pi-Pi 相互作用。分析配体对接构象 (采用 2D 视图显示配体与受体的相互作用)在系统视图中点击选中要描述的配体分子（第一个 1e2k）。 在工具浏览器 （Tools Explorer） 中， 展开 Receptor-Ligand Interaction | Analyze Complexes， 点击 Analyze Single Complex 一栏下的 Show 2D Diagram。 可以看到在一新窗口中打开配体-蛋白相互作用二维平面图，便于我们更直观的观察两者的 相互作用及关键的氨基酸残基和分子官能团。（图 6）图 6 配体-蛋白相互作用二维平面图222011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio结果说明： 元素 说明 参与氢键、静电或极性相互作用的氨基酸参与范德华相互作用的氨基酸氨基酸的溶剂可及表面以蓝色的中空圆覆盖在该氨基酸上。圆的半径大 小与溶剂可及表面的大小呈正比例。与氨基酸侧链形成的氢键。箭头指向电子供体。Pi 相互作用（比如 Pi-Pi 相互作用）。232011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio采用 Discovery Studio CDOCKER 进行分子对接 CDOCKER 教程 - 精准的分子对接技术目的：采用 CDOCKER，以一个配体及一个明确活性位点的金属蛋白为实例，示范分子对接 及结果分析操作过程。 所需功能和模块：Discovery Studio Visualizer client, DS CDOCKER, DS CHARMm 所需数据文件：1UZE.pdb 所需时间：30 分钟介绍基于结构的药物设计技术在药物研发中起着非常重要的作用。 在药物分子产生药效反应 的过程中，药物分子与靶标相互结合，首先就需要两个分子充分接近，以合适的取向在特定 的部位相互契合，产生相互作用，继而通过适当的构象调整，得到一个稳定的复合物构象。 分子对接技术即基于结构的药物设计主要采用的手段， 该技术就是将配体分子置于受体 分子活性位点的位置， 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 体与受体相互作用的好坏， 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。 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，并进行药理测试，从而从中发现新的先导化合物。 本教程以人体睾丸血管紧张素 I 型转化酶为例， 介绍了采用 DS_CDOCKER 分子对接技 术将该一个配体分子对接至该酶的活性位点的过程。本教程包括： ? ? ? 准备分子对接体系 进行分子对接 CDOCKER 计算 分析对接结果准备分子对接体系1. 准备受体蛋白 在文件浏览器（Files Explorer）中，找到并双击 1UZE.pdb 数据文件。 该蛋白将在一个新的分子窗口中以三维形式出现。（图 1） 在系统视图中，点击选中 Water，按 Delete 键删除。 在工具浏览器（Tools Explorer）中，展开 Macromolecules | Prepare Protein，点击 Clean Protein。 对蛋白分子进行加氢，对非标准名称、非完整的氨基酸及某一残基同时存在多个构象等一 系列问题进行校正，从而完成对蛋白分子的预处理。242011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio注： 菜单栏中 Edit | Preferences， 在 Preferences 面板中展开 Protein Utilities | Clean Protein， 通过勾选相应的参数即可以指定 Clean Protein 所要进行的项目。（图 2）图 1 蛋白质三维结构示意图图2252011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio在工具浏览器 （Tools Explorer） 中， 展开 Macromolecules | Prepare Protein， 点击 Show Clean Report。 可以查看相应的报告文件。2. 定义受体蛋白的活性位点 在系统视图（Hierarchy）中点击选中 1UZE 整个分子。 在工具浏览器（Tools Explorer）中，展开 Receptor-Ligand Interactions | Define and Edit Binding Site，点击 Define Receptor。 在系统视图中添加 SBD_Receptor 一栏。 将 1UZE 定义为对接体系中的受体分子。图 3 选中配体周围 5? 内的氨基酸残基在系统视图（Hierarchy）中点击选中 EAL3002 配体分子。（水分子，hetatm 是否删除？） 在菜单栏中展开 Edit ，选择 Select...。 打开 Select 对话框。262011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio选择 Radius，其余默认，点击 Apply。 选中在配体 EAL3002 周围 5? 之内的所有氨基酸。（图 3） 在工具浏览器（Tools Explorer）中，展开 Receptor-Ligand Interactions | Define and Edit Binding Site，点击 From Current Selection。 在结合部位定义出一个红色球，同时在系统视图中自动添加 SBD_Site_Sphere 一栏。 在系统视图中点击选中 SBD_Site_Sphere， 点击鼠标右键选择 Attribute of SBD_Site_Sphere， 将球的 Radius 半径改为 10（图 4）图 4 从配体位置定义 sphere 球3. 准备配体分子 在系统视图（Hierarchy）中点击选中 EAL3002 配体分子，按 Ctrl+X，然后新开一个分子窗 口，按 Ctrl+V 将配体分子复制到新的窗口中。 我们在下载 pdb 结构的时候， 同时可以看到配体的详细信息， 可以根据官能团的定义来修改 化学键。（http://www.pdb.org/pdb/ligand/ligandsummary.do?hetId=EAL&sid=1UZE）(图 4)图 5 下载 pdb 结构时配体的信息（未改）272011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio选中图 6 中所示的双键，从菜单栏中选择 Chemistry | Bond | Single，将双键改为单键。图 6 修改配体键型 同上，将图 7 中所示的单键改为双键，选中 Chemistry | Bond | Double。图 7 修改配体键型 在工具浏览器（Tools Explorer ）中，展开 Simulation | Change Forcefield，点击 Apply Forcefield。 给配体小分子赋力场。（图 8）图8282011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio这样配体和受体就准备好了，可以用于接下来的分子对接。进行分子对接 CDOCKER 计算在工具浏览器（Tools Explorer）中，展开 Receptor-Ligand Interaction | Dock Ligands，点 击 Dock Ligands (CDOCKER)，打开 Dock Ligands (CDOCKER)参数浏览器。 在参数浏览器中，点击 Input Receptor 参数，从下拉列表中选择 1UZE:1UZE 设置受体蛋 白。 点击 Input Ligands 参数，从下拉列表中选择 Molecule:All，指定对接配体。 展开 Top Hits 参数，设置 Top Hit 为 10，在 Pose Cluster Radius 参数内输入值 0.5。 其余参数缺省设置以减少对接所得的构象，减少所用时间。（图 9）图 9 参数设置 点击 Run 运行作业，等待作业完成。 完成这个作业大约需要 5 分钟。 待作业完成后，DS 会自动跳出一个新的以 1UZE（1）命名的分子窗口，窗口中除了原本的 1UZE 蛋白分子，还添加了 10 个对接之后的配体分子（pose 不同）。292011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio图 10 CDOCKER 对接结果分析分子对接 CDOCKER 结果1. 对接结果的分析 在工具浏览器（Tools Explorer）中，展开 Receptor-Ligand Interaction | Define and Edit Binding Site，点击 Display 一栏下的 Show/Hide Residues Outside Sphere。 将球外部的氨基酸残基隐藏。 在表格视图（Table View）中，点击 Molecule 选项，将第 1 行中位于 Visibility Locked 下的 打勾取消。 在系统视图（Hierarchy View）中，将 Cell | SBD_Site_Sphere 前面的勾取消。 在表格视图（Table View）中，Molecule 选项下，将第 1 行中位于 Visibility Locked 下的打 勾重新勾选。 点击表格视图中的 和 按钮，观察配体分子的每个 pose 同受体分子的结合模式。在工具浏览器（Tools Explorer）中，展开 Receptor-Ligand Interaction | Analyze Docking Results ， 点 击 Visualize Interactions 一 栏 下 的 Receptor-Ligand Hydrogen Bonds 和 Receptor-Ligand Pi Interaction。 查看配体-受体间的氢键相互作用和 Pi-Pi 相互作用。 此外，在表格视图中还可以查看配体分子每个 pose 相应的-CDOCKER_ENERGY 值，该值 越高，表明结合的 pose 越佳。302011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio2. 分析对接得到配体对于晶体结构中配体位置的 RMSD 点击打开 Output 部分里面的 Molecule.sd，并打开 input 部分里面的 Molecule.sd 文件。 将 input file 里 面 的 配 体 复 制 粘 贴 到 output 的 molecule.sd 文 件 中 ， 并 将 它 改 名 为 1UZE-crystal，以示区别。 在分子窗口中点击鼠标右键，选择 Show All。 将所有配体结构显示所示出来。 在系统视图中，点击选中 1UZE-crystal 结构，在菜单栏中选择 Structure | RMSD | Set Reference。 将晶体结构中的配体位置作为参考来计算对接得到的十个配体位置与其的 RMSD 值。 系统视图自动添加了 SBD_Pose_Reference_Ligand 一栏。（图 11）图 11在分子窗口中，按住 shift 键选中所有配体构型，在菜单栏中选择 Structure | RMSD | Heavy Atoms，计算配体中重原子的 RMSD。（图 12）图 12 配体中重原子的 RMSD312011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery StudioDiscovery Studio Flexible Docking 教程Flexible Docking C 全柔性受体-配体对接技术目的：受体和配体柔性均考虑的分子对接 所需功能模块：Discovery Studio Visualizer client，DS LibDock，DS Catalyst Conformation， DS CHARMm 及 DS Protein Refine 所需数据文件：1s1x_prot.dsv 和 1fk9_lig.sd 所需时间：0.5 小时介绍柔性分子对接是指在对接过程中， 蛋白的侧链和配体分子构象都可以自由变化， 多用于精确 考虑分子间的识别情况，但由于计算量和计算时间的缘故，在实际应用中，一般只将活性残 基侧链定义为柔性，在 Flexible Docking 中，配体将按如下步骤对接到活性部位氨基酸残基 有柔性侧链的受体中：? ? ? ?选择受体柔性氨基酸残基，使用 CHARMm 通过改变侧链构象计算出一组结构 使用 LibDock 将柔性配体对接到每一个受体构象的活性部位 使用 ChiRotor（CHARMm）在刚性配体存在的情况下优化选定的蛋白侧链 使用 CDOCKER 优化最后的配体在本教程中研究蛋白为同一个 HIV-RT 受体，但由于含有配体不同，两蛋白 PDB 编号不同， 分别为 1s1x 和 1fk9， 配体结构的差别会引起蛋白构象的改变， 这也是柔性对接的理论基础。 教程中将 1fk9 中配体对接到 1s1x 中，并与天然配体构象相比较。具体步骤包括：? ?准备对接的分子体系，完成分子对接计算 对接结果分析准备对接的分子体系，完成分子对接计算1.蛋白和配体文件 的准备图 1 打开蛋白文件322011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio在 DS 文件浏览器中，寻找蛋白数据文件 1s1x_prot.dsv，双击，蛋白将在一个新的三维窗口 中打开。（图 1） 此蛋白文件已经过处理， 窗口中所显示 8 个带有 Label 的残基为位于活性口袋内的将定义为 柔性的活性残基，已将其命名为 1s1x_res8 组，系统视图中已显示。勾选 SBD_Receptor 组， 可将带有 Binding sphere 的所有蛋白残基显示。 点击 Tools 浏览器中的 Simulation，在 Change Forcefield 下拉菜单中的 Forcefield Status 查看 蛋白的力场状态。 当前显示为 1s1x_prot typed with CHARMm，说明该蛋白已被赋予 CHARMm 力场（图 2）， 否则，应先将体系进行附力场的操作。 接着在 DS 文件浏览器中找到配体数据文件 1fk9_lig.sd，双击打开 默认以表格浏览器形式显示，可按 Ctrl+G 显示分子窗口。按上述方法为该配体分子附 CHARMm 力场 。 注：Libdock 等分子对接教程中有分子对接中如何准备受体文件的详细描述。图 2 赋予力场参数 2. 打开柔性对接流程，修改参数图 3 “Flexible Docking”参数设置在流程浏览器（Protocols Explorer）中，选择 Receptor-Ligand Interactions|Docking| Flexible Docking 打开柔性对接流程，该流程的参数项在参数浏览器中出现。332011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio在参数浏览器中点击“ Input Typed Protein Molecule ”参数，然后从下拉菜单中选择 “1s1x_prot:1s1x_prot”。 点击“Input Ligands”，从下拉菜单中选择 1fk9_lig:All。 点击“Input Site Sphere”参数格，从下拉菜单中选择 Sphere 坐标。 点击“Selected Residues”参数格，从下拉菜单中选择“1s1x_res8”。 这一操作即选择活性部位的一组氨基酸残基 展开“Generate Protein Conformations”参数组，选择 False，在下拉列表的 Input File 中输 入之前已经产生的蛋白多构象。浏览 Sample 文件夹可找到 1s1x_prot-conformations.mol2 文件，载入即可。 展开“Generate Ligand Conformations”参数组，点击“Conformation Method”参数，从 下拉菜单中选择“best”方法。 注：虽然 BEST 方法不是构象生成方法参数缺省设置， 本例中使用该方法是因为对于含复杂 环的配体它能提供更好的构象空间覆盖。 展开 Docking 参数组，点击参数“Max Hits to Save”设置最多保存结果为 3。（图 3） 将并行设置设为 True，双核并行运算 3. 分子对接计算和结果浏览 在流程工具栏，点击运行按钮 ，等待作业完成。完成该作业需要 15 分钟。当作业完成时会出现作业完成对话框，关闭作业完成对话框。 在开始结果浏览之前，为了简洁起见，在菜单中选择“Window | Close All”关闭所有窗口。 在作业浏览器（Jobs Explorer）中，双击刚完成的作业，这会在 Html 窗口中打开 Report.htm 文件。在 Html 窗口中的输出文件（Output Files）部分，点击“View Results”链接，打开对 接结果。 4. 浏览配体对接姿态 点击标签激活结果窗口，为便于浏览，按“CTRL+1”隐藏流程浏览器和作业浏览器。按 “CTRL+H”打开系统视图（Hierarchy View）。在系统视图中，勾选 SBD_Receptor，显 示该蛋白所有氨基酸残基。 然后点击浏览表格浏览器中 键和 键浏览对接的配体构象， 随着鼠标点击表格浏览器中的不同配体对接姿态， 视图窗口中的配体对接姿态会随之更新 （图 4） 。 观察前面 “1s1x_res8” 参数识别出的氨基酸残基侧链构象将随着配体姿态变化而变化。342011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio图 4 对接结果示意图 从表格浏览器中还可以查看每个 pose 的对接打分，包括 CDOCKER 的能量打分，也包括 LibDockScore 得分。 从菜单中选择 Window | Close All，关闭所有窗口。分析配体对接结果下面我们计算配体对接构象的 RMSD 值及分析其 CDOCKER 能量 1. 在 DS 窗口中打开 1fk9 配体的晶体构象 按 CTRL+1 使 Discovery Studio 浏览器回复通常状态。 在文件浏览器中找到 1fk9_lig.sd，右键点击，选择 Open With | Molecule Window，1fk9 配 体的晶体构象将在一个新的三维窗口中打开。(图 5)【1fk9 配体已经通过分子叠合的方法放 置在 1s1x 中，在进行分子叠合的时候，只考虑结合位点周围氨基酸残基的主链重原子】图 5 1fk9 配体晶体构象352011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio2. 在 DS 三维窗口中打开所有柔性对接产生的对接构象图 6 配体晶体结构与对接结果叠合 在文件浏览器中，打开柔性对接作业输出文件夹，勾选全部对接构象，会在同一三维窗口打 开所有的对接姿态。（图 6） 注：通常，作业文件夹会保存在 My Documents\FlexibleDocking_&time stamp&\Output. 3. 将晶体构象定义为结构比较的参考构象 在系统视图中，点击第一个配体构象（1fk9_lig）选择它，这个构象即对应晶体构象。从菜 单中选择 Structure | RMSD | Set Reference，将 1fk9 晶体构象设置为 RMSD 计算的参考构 象。 4． 计算对接产生的姿态与晶体姿态的差异 在菜单中选择 Structure | RMSD | Heavy Atoms，计算对接产生的姿态与晶体姿态的差异， RMSD 值将在新的窗口中出现。（图 7）图 7 比较配体对接构象和晶体构象的 RMSD 值差异 第一个 pose 与晶体结构的均方根偏差 RMSD 值仅为 0.75，差别很小，并且 pose1 也是 -CDOCKER_ENERGY 得分最高的构象。362011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery StudioDiscovery Studio 上机操作 Tutorials （Discovery Studio 版本：3.0）药效团专题： HipHop、Hypogen、SBP、基于配体-受体晶体复合物 产生药效团372011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio构建基于分子共同特征的药效团模型（HipHop）教程目的： 通过此教程， 了解 Discovery Studio 中构建基于分子共同特征的药效团的操作方法及 结果分析。 所需功能和模块： Discovery Studio Client， DS Catalyst Conformation， DS Catalyst Hypothesis， DS Catalyst Score，DS Catalyst SBP。 所需数据文件：5HT2c_ligands.sd，sulfonamide5HT2c_ligands.sd，sampledrugs20.sd。 所需时间：30 分钟 DS 版本：3.0 介绍 Common Feature Pharmacophore Generation protocol 用于发现一系列配体小分子所共有 的化学特征， 并基于这些共同特性结构的比对叠合自动生成药效团模型， 用户可以使用共有 的特征药效团去搜索化合物数据库来寻找可能的先导分子。 基于分子共同特征的药效团模型 同样也可以用于探索一系列具有相似活性但结构却不同或者结构柔性较大的分子的构效关 系。 本练习以 6 个活性配体小分子所构成的训练集来构建基于分子共同特征的药效团模型， 继而用于先导化合物的发现。 本教程包括以下步骤：? ? ?基于分子共同特征的药效团模型的构建（训练集） 基于分子共同特征的药效团模型的验证（测试集） 先导化合物的发现（数据库的筛选）Common Feature Pharmacophore 的构建1. 训练集分子的准备 本教程采用一系列已知的 5-HT2c 配体（1，2）来构建一个基于分子共同特征的药效团模型 用于先导化合物的发现。5-HT2c 受体属于 GPCR 超家族。 在文件浏览器（Files Explorer）中，展开 Samples | Tutorials | Pharmacophore，双击打开 5HT2c_ligands.sd。 在表格浏览器中可以看到一共有 6 行，代表了 6 个分子。这些分子的 Principal 和 MaxOmitFeat 属性都已事先定义。若无定义，则选择表格浏览器中剩下列的 heading，鼠标 右键点击选择 Add Attributes，打开 Add Attributes 对话框，添加这两个属性。 Principal 属性定义了分子的活性水平： 数值 2 1 0 活性水平 有活性 中等活性 非活性 描述内容 参考分子，分子中所有化学特征在构建药效团模型时都要考虑。 定位药效团特征元素时需要考虑该化合物的构象空间。 该分子在定位药效团特征元素时不考虑，用于选择性地定义排除体积。MaxOmitFeat 属性定义了每个分子中允许不与药效团模型匹配的特征元素的个数： 数值 描述内容382011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio0 1 2构建的药效团模型中所有特征元素都必需与化合物匹配上。 构建的药效团模型中允许有 1 个特征元素不与化合物匹配。 构建的药效团模型中所有特征元素都无需与化合物匹配。本教程假设所有分子都是活性分子并且视其中某几个分子为参考分子。 如果所选取的分子有 着截然不同的药效特征类型和尺寸，那么 Principal 和 MaxOmitFeat 属性设置的不同对最终 构建的药效团模型影响较大。 2. 药效团特征元素的选取 肉眼观察这几个活性化合物，选出可能的药效团特征元素，或者根据 Feature Mapping tool 来完成该步骤(如下)。 点击表格浏览器中的 按钮，显示活性最高的化合物（5HT2c_ligand1） 。再在图形窗口右击选择 Show All，显示所有活性化合物的结构。 在工具浏览器（Tools Explorer）中，展开 Pharmacophore | Edit and Cluster Pharmacophore Features， 在工具面板中单击 Feature Mapping 打开 Feature Mapping 对话框， 点击 Features 右边 按钮，打开 Select Features 对话框，选择所要匹配的特征元素，此处设为默认值。点击 run 运行该功能，并等待计算完成。 该操作可以识别出所有已显示化合物中所选特征元素所有可能的位置。 在 Edit and Cluster Pharmacophore Features 工具面板中单击 Current Features 查看训练集 分子所表征的药效团特征元素的所有类型。 结果显示这六个化合物都包含有有疏水中心（Hydrophobe） 、氢键供体（Donor） 、氢键受体 （Acceptor） 、正电离子中心（Ionizable Positive）及芳香环中心（Ring Aromatic）这五种特 征元素的类型。 3. Common Feature Pharmacophore 的构建 在 工具 浏览 器（ Tools Explorer ） 中， 展开 Pharmacophores | Create Pharmacophores Automatically，单击 Common Feature Pharmacophore Generation。 流程对应参数在参数浏览器中打开。 设置 Input Ligands 为 5HT2c_ligands:All。 点击 Feature 右边 按钮，打开 Select Features 对话框。勾选 POS_IONIZABLE 和 RING_AROMATIC 左边的复选框，点击 OK。（图 1） 在 默 认 设 置 基 础 上 添 加 上 一 个 正 电 离 子 特 征 POS_IONIZABLE ， 一 个 芳 香 环 特 征 RING_AROMATIC。 展开 Conformation Generation 参数组，点击 Conformation Generation 右边的栅格，下拉 列表中选择 BEST ，构象上限数 Maximum Conformation 设为 200 ，能量阈值 Energy Threshold 设置为 10，其他参数默认。（图 2） 对每个小分子产生最多 200 个构象用以表征小分子的构象空间。 其中只有能量值在能量阈值 10kcal/mol 之内的构象被保留。 点击 Run 运行作业。 等待作业完成。 从菜单中选择 Window | Close All，关闭所有窗口。392011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio图 1 “Select Features”对话框图 2 “Common Feature Pharmacophore Generation”流程参数设置药效团结果分析1. 查看结果 作业完成后，双击作业浏览器（Jobs Explorer）中相应的行，打开 Report 页面。 从 Summary 一栏可知，此次运算一共产生了 10 个药效团。在 Details 一栏中我们可以了解402011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio到每个药效团更为详细的信息。Results 一栏罗列了各个结果的链接。Parameters 一栏显示了 此次操作所采用的各参数。 这 10 个药效团模型是根据训练集分子与药效团模型的匹配度以及模型本身的稀有度来排名 的。排名第一的模型未必是最好的模型，因此需要对这 10 个模型进行综合分析。 2. 查看药效团与训练集分子的匹配情况 在 Report 页面中展开 Results，点击 View Aligned Ligands 01 链接查看训练集分子同排名第 一的药效团的匹配情况。 点击 键和 键，可以查看到每个分子与该药效团的匹配情况。在表格浏览器中，注意查看 5HT2c_ligand4 和 5HT2c_ligand5 的 FitValue 值。 回到 Report 页面，点击 View Aligned Ligands 10 链接查看训练集分子与排名第十的药效团 的匹配情况。 在此次叠合中，5HT2c_ligand5 的 FitValue 比 5HT2c_ligand4 高，且匹配度要好。 分析 Common Feature Pharmacophore 的结果时需要考察所有药效团模型同训练集分子的匹 配情况，了解每个模型是如何解释训练集分子的。 回到 Report 页面，展开 Details 一栏。（图 3） 该表格罗列了十个药效团模型的结果参数。 查看该表格可以快速了解到十个药效团模型之间 的不同。图 3 十个 Common Feature Pharmacophore 的结果参数 表格中每一行代表一个药效团。 每一栏的含义如下： （以模型 01 为例） Features：RRPHHA 此药效团含有 2 个芳环中心，1 个正电离子中心，2 个疏水特征，1 个氢 键受体特征； Rank: 105.092 此药效团的打分值为 105.092； DH: 111111 此药效团药效特征与 6 个小分子均可匹配； PH: 000000 此药效团药效特征中与 6 个小分子部分匹配的药效特征数目为 0； Max Fit 6 最大匹配值为 6，即 6 个药效特征均可匹配。412011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio3. 查看药效团与测试集分子的匹配情况 药效团模型最终的确定是基于对训练集化合物同关键化学特征间叠合情况的分析。 同时也可 以采用测试集化合物来验证确定。 本教程中所采用的测试集分子包含了负性分子，对模型作了一个简单的验证，从而确定最终 的药效团模型用于识别潜在的新型小分子骨架。 从菜单中选择 Window | Close All，关闭所有窗口。 在文件浏览器（Files Explorer）中，展开 Samples | Tutorials | Pharmacophore，双击打开 sulfonamide5HT2c_ligands.sd。 在文件浏览器（Files Explorer）中，将 sampledrug20.sd 拖至同一窗口中。 第一个文件包含了 18 个已知 5-HT2c 活性的磺胺类分子[Garzya et al.,2007]。第二个文件包 含了 20 个同 6 个训练集分子非常类似（基于 Lipinski 和 FCFP_6 属性）的配体小分子，视 这 20 个化合物为非活性化合物（理想情况下，它们确实是负性对照分子，即不能与受体结 合） 。 在工具浏览器（Tools Explorer）中，展开 Pharmacophore | Search, Screen and Profile，点 击 Ligand Profiler。 流程对应参数在参数浏览器中打开。 该流程可以将多个分子同多个药效团模型快速匹配。 设置 Input Ligands 为 sulfonamide5HT2c_ligands:All。 点击 Input File Pharmacophores 右边 按钮，打开 Specify Queries 对话框。点击 Add File Queries，找到之前运行 Common Feature Pharmacophore 构建流程所得到的 output 文件。 SHIFT-选取所有模型。 展开 Conformation Generation 参数组，点击 Conformation Generation 右边的栅格，下拉 列表中选择 BEST ，构象上限数 Maximum Conformation 设为 200 ，能量阈值 Energy Threshold 设为 10，点击 Save Conformations 右边的栅格，下拉列表中选择 True。 展开 Advanced 参数组， 点击 Scale Fit Values 右边的栅格， 下拉列表中选择 False。 点击 Save Aligned Ligands 右边的栅格，下拉列表中选择 True。 点击 Options 选取 Save Protocol Settings 保存参数设置。 若下次运行该流程时想要采用原始 参数的设置则可以点击 Options 选取 Restore Original Settings。 其余参数使用默认值。（图 4） 点击 Run 运行作业。 等待作业完成。 作业完成后，双击作业浏览器（Jobs Explorer）中相应的行，打开 Report 页面。 展开 Results，点击 5HT2c_ligands_01_view.pl，在图形窗口中右击选取 Show All 查看所有 同模型 01 匹配上的测试集分子同模型 01 的匹配情况。 结果显示只有 7 个配体分子同药效团模型 01 相匹配，且 FitValue 值都偏低。造成这一现象 的原因可能是 Maximum Omitted Features 参数设成了 0，即不允许任何一个药效团特征元素 不被匹配上。该参数设为-1 表示考虑所有药效团特征元素的子集。422011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio图 4. “Ligand Profiler”流程参数设置 再次点击 Ligand Profiler。 点击 Input Ligands 右侧栅格，下拉列表中选取 Browse，找到上一步运行得到的 Output 文 件，选取 sulfonamide5HT2c_ligands_BEST.sd。 将 Conformation Generation 改为 NONE。 展开 Advanced 参数组， 将 Maximum Omitted Features 右边的数值改为-1 以允许部分匹配。 点击 Scale Fit Values 右边的栅格，下拉列表中选择 False。点击 Save Aligned Ligands 右边 的栅格，下拉列表中选择 True。 其余参数使用默认值。 Conformation Generation 设为 NONE，是因为上一步已经保存了所产生的构象（即 Save Conformations 设为 TRUE） ，不需要重复。 点击 Run 运行作业。 等待作业完成。 作业完成后，双击作业浏览器（Jobs Explorer）中相应的行，打开 Report 页面。 展开 Results，点击 View Results 按钮。 自动生成一张表格和一个热图（图 5）。 在表格浏览器中，有 18 个活性磺胺类分子和 17 个非活性配体分子。 热图中横坐标第一列有几个区域显示为蓝色， 表示同第一个药效团模型匹配的某些配体小分432011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio子 fit 值比较低。同样地，在药效团模型 5HT2c_ligands_04 一列有几个区域显示为橙色和红 色，同时还含有 fit 值最高的白色区域。图 5. “Ligand Profiler”热图 展开 Results，点击 5HT2c_ligands_04_view.pl。 在表格浏览器中，化合物按 FitValue 从高到低排列，前 14 个小分子都是活性化合物。 在 Hierachy 窗口中，SHIFT-选取前 14 个分子，在 Graphics 窗口中右击选取 Show。 结果显示这 14 个分子的叠合情况有所改善，但所有的分子都没有同正电离子特征匹配。先导化合物的发现（数据库筛选）1. 采用药效团进行数据库筛选 在工具浏览器（Tools Explorer）中，展开 Pharmacophore | Search, Screen and Profile，点 击 Search 3D Database。 流程对应参数在参数浏览器中打开。 点击 Input Database 后面栅格，下拉菜单中选择 MiniMaybridge[2000 mol]。 此操作表示在 MiniMaybridge 数据库中进行搜索，该数据库中含有 2000 个小分子。 在 Input Pharmacophore 后选择 5HT2c_ligands_04: 5HT2c_ligands_04。 此操作表示搜索可以与 5HT2c_ligands_04 药效团模型相匹配的小分子。 其余参数设诶默认设置。 （图 6） 此操作表示在该数据库中寻找最多 300 个可以与该药效团模型匹配的小分子。442011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio图 6 “Search 3D Database”参数设置 点击 Run 运行作业。 等待作业完成。 从菜单中选择 Window | Close All，关闭所有窗口。 2. 查看筛选结果 双击作业浏览器（Jobs Explorer）窗口中相应的行，打开 Report 页面点击 ViewResults 按钮 可以查看小分子结构是否同原训练集分子及活性测试集分子有结构上的差别。 表格浏览器 （Data Table） 中的 FitValue 栏目中的数值可以评价小分子与药效团匹配的情况， FitValue 值越高，则小分子与药效团匹配的越好。452011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio构建具有活性预测能力的药效团（Hypogen）教程目的： 通过此教程， 了解 Discovery Studio 中构建具有活性预测能力的药效团的操作方法及 结果分析。 所需功能和模块： Discovery Studio Client， DS Catalyst Conformation， DS Catalyst Hypothesis， DS Catalyst Score，DS Catalyst SBP。 所需数据文件：serm_ligands.sd，test_serm_ligands.sd。 所需时间：30 分钟 DS 版本：3.0 介绍 这个 demo 主要是介绍在 DS 中用户可以方便的构建 3D QSAR Pharmacophore 并利用其 来预测化合物的活性及指导化合物的优化以提高活性。 此教程中我们仍然使用大家都非常熟 悉的 ACE 抑制剂来展示 DS Catalyst 在 3D QSAR Pharmacophore 方面的功能。 本教程包括以下步骤： ? ? 3D QSAR 药效团的构建(训练集) 药效团结果分析 ? 叠合&成本分析（cost analysis） ? 测试集 数据库筛选 化合物的设计改造? ?3D QSAR 药效团的构建1. 训练集分子的准备 本教程采用一系列选择性的雌激素受体调节剂（SERMs）[Broqi et al., 2009]来构建一个 3D QSAR 药效团模型用于预测新型小分子的活性。 在文件浏览器（Files Explorer）中，展开 Samples | Tutorials | Pharmacophore，双击打开 serm_ligands.sd。 在表格浏览器中可以看到一共有 24 行，代表了 24 个分子。这些分子的名字（Name） 、活性 （Activ， 可以为 IC50 或 Ki 值） 和活性不确定度 （Uncert） 都已事先输入。 Activ 值为 SERMs 对 MCF7 人体胸腺恶性肿瘤细胞增生的抑制活性 IC50（μM）值，Uncert 值为 1.5。 在表格浏览器中，点击 键和 键，在 3D Window 中观察各个分子的结构特征。2. 药效团特征元素的选取 在表格浏览器中，右击鼠标并选择 Color By Activity。 双击 Activ 一栏，使 24 个化合物按活性从高到低排列（即活性值从低到高） 。 根据药效团构建算法排名最靠前的 2 个化合物被定义为活性化合物（MA ? Unc MA ? A ? 0.0 Unc A） ，其所代表的两行显示为浅绿色。排名最靠后的 7 个化合物则被定义为非活性化合物462011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio（ log( A) ? log( MA) ? 3.5 ） ，其所代表的行显示为浅粉色。观察前两个活性化合物，选出可能的 药效团特征元素，或者根据 Feature Mapping tool 来完成该步骤(如下)。 点击表格浏览器中的 按钮，显示活性最高的化合物（serm-40） 。勾选活性排名第二高化合物的 visible 复选框（serm-34） 。 在工具浏览器（Tools Explorer）中，展开 Pharmacophore | Edit and Cluster Pharmacophore Features，在工具面板中单击 Feature Mapping 对话框，点击 Features 右边 按钮，打开Select Features 对话框，选择所要匹配的特征元素，此处设为默认值。 点击 run 运行计算并等待计算完成。 该操作可以识别出所选特征元素在这两个化合物中所有可能的位置。 在 Edit and Cluster Pharmacophore Features 工具面板中单击 Current Features: All Features 查看训练集分子所表征的药效团特征元素的所有类型。 结果显示这两个化合物都包含有有疏水中心（Hydrophobe） 、氢键供体（Donor） 、氢键受体 （Acceptor） 、正电离子中心（Ionizable Positive）及芳香环中心（Ring Aromatic）这五种特 征元素的类型。在构建药效团模型时采用 Hydrophobic Aromatic 特征取代 Ring Aromatic 特征，因为前者限制条件少，只定义了一个位点，没有后者的平面和矢量限制。 3. 3D QSAR 药效团的构建 在 工具 浏览 器（ Tools Explorer ） 中， 展开 Pharmacophores | Create Pharmacophores Automatically，单击 3D QSAR Pharmacophore Generation。 流程对应参数在参数浏览器中打开。 设置 Input Ligands 为 serm_ligands:All。 点击 Feature 右边 按钮，打开 Select Features 对话框。勾选 POS_IONIZABLE 和 HYDROPHOBIC_aromatic 左边的复选框，点击 OK。（图 1） 在 默 认 设 置 基 础 上 添 加 上 一 个 正 电 离 子 特 征 POS_IONIZABLE ， 一 个 芳 香 环 特 征 HYDROPHOBIC_aromatic。图 1 “Select Features”对话框 设置 Minimum Interfeature Distance 为 1.5。472011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio展开 Conformation Generation 参数组，点击 Conformation Generation 右边的栅格，下拉 列表中选择 FAST，能量阈值 Energy Threshold 设置为 10，其他参数默认。（图 2） 对每个小分子产生最多 255 个构象用以表征小分子的构象空间。 其中只有能量值在能量阈值 10kcal/mol 之内的构象被保留。图 2 “3D QSAR Pharmacophore Generation”流程参数设置 点击 Run 运行作业。 等待作业完成。 从菜单中选择 Window | Close All，关闭所有窗口。药效团结果分析选择一个最好的 3D QSAR 药效团模型不仅仅只是考虑药效团的排名(打分排名根据 cost 值 的高低)。排名第一的药效团模型并不一定就是最好的模型。因此，除了分析模型的 cost 值， 还需要考察训练集分子与模型的匹配情况从而考察模型是如何解释不同的小分子具有不同 的活性值。 此外最重要的， 是用已知活性值的测试集分子来验证模型对训练集以外的分子活 性值的预测能力。 1. 查看 Report 页面 作业完成后，双击作业浏览器（Jobs Explorer）中相应的行，打开 Report 页面。 从 Summary 一栏可知，此次运算一共产生了 10 个药效团。在 Details 一栏中我们可以了解 到每个药效团更为详细的信息。Results 一栏罗列了各结果的链接。Parameters 一栏显示了此 次操作所采用的各参数。 2. 查看药效团与训练集分子的匹配情况482011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio在 Report 页面中展开 Results，点击 View Aligned Ligands 01 链接查看训练集分子同排名第 一的药效团的匹配情况。 在表格浏览器中， 可以看到有一列名为 Estimate 的栏目， 此列为使用该药效团对每个化合物 的活性预测值。此列在制作 Common Feature 的药效团中是看不到的。 点击 键显示预测活性最高的化合物（serm-40）同该药效团匹配的情况。 （图 3）该化合物的实验活性值为 0.02μM，预测活性值则为 0.023μM。该化合物同药效团的所有特 征元素都匹配的很好。 点击 键显示预测活性最低的化合物（serm-49）同该药效团匹配的情况。 （图 4）该化合物的实验活性值为 235μM，预测活性值则为 408μM，仍在同一数量级。该化合物只 能同药效团中五个特征元素中的两个特征元素匹配上。 点击 键和 键，可以查看到每个分子与该药效团的匹配情况。图 3 有预测能力的药效团及其与活性最高小分子匹配情况492011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio图 4 有预测能力的药效团及其与活性最低小分子匹配情况 在流程浏览器 （Protocols Explorer） 中， 展开 Pharmacophore， 右击 Compare Pharmacophores 文件夹，选择 Import。 选择 Samples | Tutorials | Pharmacophore | 3D QSAR Pharmacophore Log File Report.xml。 该 protocol 就出现在 Compare Pharmacophores 文件夹中。 点击 3D QSAR Pharmacophore Log File Report。 流程对应参数在参数浏览器中打开。 将 Input Log File 设为之前运行药效团构建所得到的 Output 文件夹中的 serm_ligands.log 文 件，其余参数默认。 点击流程工具栏（Protocols toolbar）中的 按钮运行作业。等待作业完成。 作业完成后，双击作业浏览器（Jobs Explorer）中相应的行，以找到 Output 文件夹在文件浏 览器（Files Explorer）中的位置。 双击 3DQSARPharmacophore.html 文件以打开表格形式的 cost 分析报告。（图 5） 该报告主要由三部分组成： ? 重要的操作参数及选取的特征元素； ? 十个药效团模型的 cost 分析摘要； ? 每个药效团模型同训练集分子匹配情况的图表表示。 △cost（Null cost － Total cost）是评价一个药效团模型的重要指标，该值为 40-60，表明该 模型的置信区间为 75%-90%，该值小于 40，则模型的置信区间降为 50%以下。 对第三部分图表的简单分析表明第一个药效团模型对训练集化合物活性的预测能力最好， 预 测活性值和实验活性值之间的偏差最小。 第三部分最右边的表格总结了训练集中每个化合物同某一个药效团模型的匹配信息。 表格最 后一栏显示了每个化合物同药效团模型的各个特征元素的匹配信息，星号*表示该特征元素 未被匹配上。 一般评价药效团模型的通用规则是活性最高的两个化合物应该同模型中所有特征元素都匹 配上。在该例中，只有模型 5、7、8 满足该条件。该规则并非必需条件，具体情况具体分析。502011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio图 5 3DQSARPharmacophore.html 分析报告 3. 查看药效团对测试集分子活性的预测情况 在文件浏览器（Files Explorer）中，展开 Samples | Tutorials | Pharmacophore，双击打开 test_serm_ligands.sd。 在工具浏览器（Tools Explorer）中，展开 Pharmacophore | Search, Screen and Profile，点 击 Ligand Profiler。 流程对应参数在参数浏览器中打开。 该流程可以将多个分子同多个药效团模型快速匹配。 设置 Input Ligands 为 test_ serm_ligands:All。 点击 Input File Pharmacophores 右边 按钮，打开 Specify Queries 对话框。512011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio点击 Add File Queries，找到之前构建药效团模型所得到的 output 文件。 CTRL-选取药效团模型 5、7、8（或者 SHIFT-选取所有模型） 。 展开 Conformation Generation 参数组，点击 Conformation Generation 右边的栅格，下拉 列表中选择 FAST，能量阈值 Energy Threshold 设为 10。 展开 Advanced 参数组， 将 Maximum Omitted Features 右边的数值改为-1 以允许部分匹配。 点击 Scale Fit Values 右边的栅格，下拉列表中选择 False。点击 Save Aligned Ligands 右边 的栅格，下拉列表中选择 True。 其余参数使用默认值。（图 6） 点击 Run 运行作业。 等待作业完成。 作业完成后，双击作业浏览器（Jobs Explorer）中相应的行，打开 Report 页面。 展开 Results，点击 serm_ligands_05_view.pl 查看测试集分子同模型 5 的匹配情况。 结果显示了 29 个测试集分子中每个分子同模型 5 匹配得到的最高 FitValue 和最低 Estimate 的构象。图 6 “Ligand Profiler”流程参数设置522011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio图 7 测试集分子 logEstimate vs logActiv 散点图 在表格浏览器里，按住 CTRL-选取 logActiv 和 logEstimate 两栏。 从菜单栏里选择 Chart | Point Plot。 自动产生 logActiv vs logEstimate 的散点图。 在该图中右击鼠标选取 Add/Remove | Diagonal。 自动产生一条对角线（图 7）。 在该图中右击鼠标选取 Add/Remove | Trendline，打开趋势线对话框，勾选 logEstimate 复 选框。 自动产生一条趋势线（图 7），并得到相应的相关系数 r2 值，该例中为 0.84。 重复以上步骤可以查看药效团模型 7、8 同测试集分子的匹配情况。数据库筛选1. 采用药效团进行数据库筛选 在文件浏览器（Files Explorer）中，找到之前构建药效团模型所得到的 output 文件，双击 serm_ligands_01.chm。打开仅包含一个药效团 serm_ligands _01 的窗口，关闭其他窗口。 在工具浏览器（Tools Explorer）中，展开 Pharmacophore | Search, Screen and Profile，点 击 Search 3D Database。 流程对应参数在参数浏览器中打开。 点击 Input Database 后面栅格，下拉菜单中选择 CapDiverse[9607 mol]。 此操作表示在 CapDiverse 数据库中进行搜索，该数据库中含有 9607 个小分子。 在 Input Pharmacophore 后选择 serm_ligands _01: serm_ligands _01。 此操作表示搜索可以与 serm_ligands _01 药效团模型相匹配的小分子。 展开 Limit Hits 参数组，设置 Limit Hits 为 First N，设置 Maximum Hits 为 10。 （图 8） 此操作表示在该数据库中最多寻找 10 个能被药效团模型匹配上的小分子。 点击 Run 运行作业。 等待作业完成。 从菜单中选择 Window | Close All，关闭所有窗口。532011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio图 8 “Search 3D Database”参数设置 2. 查看筛选结果 双击作业浏览器（Jobs Explorer）窗口中相应的行，打开 Report 页面点击 ViewResults 按钮 可以查看小分子结构及其与药效团模型的匹配情况。 表格浏览器 （Data Table） 中的 FitValue 栏目中的数值可以评价小分子与药效团匹配的情况， FitValue 值越高，则小分子与药效团匹配的越好。 同样 Estimate 栏目为使用该药效团对每个化合物的活性预测值，可以按照 Estimate 值从小 到大的顺序（也就是预测活性从强到弱的顺序）排列各种化合物以方便观察。化合物的设计改造1. 采用药效团进行化合物的改造 返回到测试集分子与药效团 serm_ligands_05 匹配的窗口。 勾选 testserm-38 化合物的 visible 复选框，CTRL-选取化合物 testserm-38 和药效团模型 serm_ligands_05，复制粘贴到新的分子窗口。 该化合物的实验活性值为 63μM，预测活性值为 93μM。该化合物只能同该模型五个特征元 素中的两个特征元素匹配上。该匹配构象的能量值比较低，因此不足为虑。在有些情况下， 该值会比较高，应具体分析。 针对该化合物未能匹配的药效团特征元素，可以对该分子在结构上作两个小的改造。 在系统视图（Hierarchy View）中，关闭 serm_ligands_05 药效团模型的复选框。 对 testserm-38 进行结构改造，在苯醛基的苯环对位加一个酚羟基，在另一个苯环建委加一 个酚羟基，对位加一个亚甲基胺。 修改之后的分子如图 9 所示：542011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio图 9 改造的 testserm-38 分子结构 在系统视图（Hierarchy View）中，重新选取 serm_ligands_05 药效团模型的复选框。 在工具浏览器（Tools Explorer）中，展开 Pharmacophore | Search, Screen and Profile，点 击 Ligand Pharmacophore Mapping。 流程对应参数在参数浏览器中打开。 设置 Input Ligands 为当前窗口中改造过后的 testserm-38 分子。 设置 Input Pharmacophore 为当前窗口中的 serm_ligands_05 药效团模型。 点击 Best Mapping Only 右边的栅格，下拉列表中选择 False。设置 Maximum Omitted Features 为-1。 展开 Conformation Generation 参数组，点击 Conformation Generation 右边的栅格，下拉 列表中选择 FAST，能量阈值 Energy Threshold 设为 10，其他参数均使用默认值。 （图 10） 点击 Run 运行作业。 等待作业完成。图 10 “Ligand Pharmacophore Mapping”参数设置552011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio双击作业浏览器（Jobs Explorer）窗口中相应的行，打开 Report 页面点击 ViewResults 按钮。 在表格浏览器中点击 键，查看改造之后的 testserm-38 预测活性最高的匹配构象。结果显示改造之后的化合物预测活性为 0.75μM。药效团模型五个特征元素的四个都被匹配 上（图 11） ，构象能量值仍保持较低的值。图 11 药效团模型同改造化合物的 ligand pharmacophore mapping 结果在表格浏览器中点击键，查看该化合物第五个匹配构象。结果显示匹配情况有所改变。 这一现象说明对不同的匹配情况进行研究有可能可以发现新的 结合模式。 双击 Pharmtype 一栏两次，使匹配的特征元素个数由高到低排列，单击 按钮。可以发现药效团模型五个特征元素都被匹配上，该匹配构象的预测活性值为 3.20μM。因此 在有些情况下，化合物与特征元素匹配度更高比匹配的特征元素多但匹配度低要更好。提示： 如果运行某一个流程时经常使用相同的设置， 但又不想在每次操作时对参数重新进行 设定，可以在设定完参数以后，在参数设置浏览器中点击 Options ，选取 Save Protocol Settings 以保存参数设置。562011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio构建基于受体结构的药效团模型（SBP）教程目的： 通过此教程， 了解 Discovery Studio 中构建基于受体三维结构药效团的操作方法及结 果分析。 所需功能和模块：Discovery Studio client，DS CATALYST SBP，DS CATALYST SCORE， DS CATALYST CONFOMATION。 所需数据文件：1k22_potein_ligand.dsv，thrombin_ligands.sd，kinase_ligands.sd。 所需时间：30 分钟 DS 版本：3.0 介绍 来自学术界和制药企业的信息表明， Catalyst 是最好的基于小分子结构的药物设计工具。 然而， 科学家的愿望不仅仅是这些， 大家也非常希望最大限度地利用已知的受体结构和药物 －受体结合信息，有效地克服现有药物设计工具的缺点，更快地加速新药研发的过程。 Structure Based Pharmacophore（SBP）利用已知或假设的蛋白活性位点从受体位点的特 性直接得到相互作用位点图， 并且将这个信息转化成适用于快速三维数据库检索的药效团模 型。这些相互作用位点图还可以进行编辑、分类，以确保只有最重要的信息会被保留下来用 于虚拟筛选。同时 SBP 中还可考虑受体活性位点处氨基酸残基的空间排布，使得通过虚拟 筛选得到的分子不仅满足和受体结合位点化学特征上的互补， 还可以在空间上很好地结合在 活性位点空腔处。 SBP 引入了那些使用受体结构信息的最佳方法， 这些方法已经在高通量筛 选的实验环境中所使用。 SBP 方法首先通过对活性部位的分析产生特征相互作用图（feature interaction map） ，特 征相互作用图用于反映可能的配体与蛋白之间的合理的相互作用， 接着通过特征相互作用图 产生药效团模型，进一步利用药效团模型发现潜在的活性化合物。 本教程中使用 а-凝血酶作为例子，展示如何利用 SBP 方法建立药效团模型，开展数据 库搜索，以及 Discovery Studio 如何提供了方便的结果分析工具帮助大家获得最好的结果。 本教程包括以下步骤：? ? ? ?构建基于蛋白结构的药效团模型 编辑药效团模型 配体库筛选 筛选结果的分析Structure-Based Pharmacophore 的构建本教程基于 а-凝血酶蛋白结构（PDB 号：1K22）来构建药效团模。该蛋白结构从 PDB 库中 下载得到并经 Prepare Protein 预先准备。 1. 导入蛋白及配体结构 在文件浏览器（Files Explorer）中，展开 Samples | Tutorials | Pharmacophore，双击打开 1k22_protein_ligand.dsv。 а-凝血酶是丝氨酸蛋白酶，是胰凝乳蛋白酶家族中的一员。该蛋白共有三个结合口袋，口袋 处残基分别用红色、蓝色和绿色表示。 （图 1）572011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio图 1 受体分子 2. 定义活性位点 在系统视图（Hierarchy View）中选取 1k22_protein。 在工具浏览器（Tools Explorer）中，展开 Receptor-Ligand Interactions | Define and Edit Binding Site，在工具面板中单击 Define Receptor。 将前面选取的蛋白分子 1k22_protein 定义为受体分子，供下一步使用。 在系统视图（Hierarchy View）中选取 1k22_ligand。 在 Define and Edit Binding Site 工具面板中点击 Define Site 栏中的 From Current Selection。 在视图窗口（Graphic View）中自动生成了一个红色的球，该球将 1k22 配体包裹其中。同 时在系统视图（Hierarchy View）中增加了 SBD_Site_Sphere 的选项。 如果蛋白结构中没有配体小分子的信息， 则可以选择已知活性位点处的残基， 或者用 binding site 工具自动搜索结合位点。 在视图窗口（Graphic View）中，选取红色的球体，或者系统视图（Hierarchy View）中选择 SBD_Site_Sphere，右击选取 Attributes of SBD_Site_Sphere。 打开 SphereObjectAttributes 对话框，将 Radius 设为 9。 （图 2） 球体半径值可以调大以包含活性位点处的所有残基， 但是这同样也会增加所要识别的相互作 用的数量，其中可能包含一些非相关信息。582011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio图 2 修改 Sphere 半径 3. 产生相互作用模型 在受体活性位点球体中产生相互作用模型。 在工具浏览器（Tools Explorer）中，展开 Pharmacophore | Edit and Cluster Pharmacophore Features，在工具面板中单击 Interaction Generation，打开 Interaction Generation 对话框。 设置 Input Receptor 为 1k22_protein_ligands:1k22_protein。 设置 Input Site Sphere 为已定义的半径为 9 埃的球体坐标。 其余参数使用默认值。（图 3） 点击 Run 运行作业。 等待作业完成。图 3 “Interaction Generation”对话框 作业完成以后，在视图窗口（Graphic View）中会自动插入产生的药效团特征。 （图 4）592011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio图 4 产生的药效团模型基于结构药效团模型的编辑初次构建相互作用模型时，20 个药效团特征元素是一个比较合理的数目。 1. 隐藏所有特征元素 在工具浏览器（Tools Explorer）中，展开 Pharmacophore | Edit and Cluster Pharmacophore Features，在工具面板中单击 Show/Hide Location Spheres，隐藏 feature 周围的球。 注意矢量化的特征元素可以表征同某一个特定的氨基酸残基间的相互作用。 在系统视图（Hierarchy View）中，关闭 SBD_Site_Sphere。 此时，视图窗口（Graphic View）中只有不同颜色标记的结合口袋，配体分子，分子间相互 作用。 在 Edit and Cluster Pharmacophore Features 工具面板中，定义 Current Feature 为 All Features。 单击 Show/Hide All Features，隐藏所有特征元素。 2. 对 feature 进行聚类 首先定义 Current Feature 为 Acceptor， 点击 Edit and Cluster Pharmacophore Features 工具面 板中的 Show/Hide Acceptor，显示所有氢键受体特征。 点击 Edit and Cluster Pharmacophore Features 工具面板中的 Cluster Current Features，对 Acceptor 特征进行聚类分析。 自动出现一个新的窗口，包含聚类分析的树形图。（图 5） 将该 Dendrogram 窗口标签拖至视图窗口使得该窗口同 1k22_protein_ligand 分子窗口并列显 示。 注：在该窗口中滚动鼠标滚轮，可以纵向调节图形大小，方便观察所有树形分支。移动该窗 口中的 slider 线，显示不同的聚类中心。相应的该聚类中心会在分子窗口中高亮显示。该聚 类是基于所有特征元素间的几何距离来定义的。 自动聚类分析和手工选取相结合可以方便用 户选取最佳特征元素的组合来表征蛋白活性位点。602011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio移动窗口中的 slider 线，直到窗口右下角显示 Number of cluster centers 为 12。 在工具面板中点击 Keep Only Cluster Centers，关闭 Dendrogram Window。 这样所有的 Acceptor feature 将由 12 个 Acceptor feature 代表。 在系统视图（Hierarchy View）中，展开 QueryRoot | Fit Fit_1。 CTRL-选取 acceptor feature28， 46， 56， 77， 97， 单击工具面板中的 Keep Only Current Feature Selections，以保留这些 Acceptor 特征。 选取这些特定元素特征是因为这几个 Acceptor 特征对应了活性位点的特定氨基酸残基，而 其他特征则要么离残基比较远要么取向偏离了可能的结合位点。图 5 Acceptor-Dendrogram 示意图 单击工具面板中的 Show/Hide Acceptor，隐藏 Acceptor 特征。 设置工具面板中的 Current Feature 为 Donor，点击 Show/Hide Acceptor，显示所有氢键供 体特征。 在系统视图（Hierarchy View）中，展开 QueryRoot | Fit Fit_1。 CTRL-选取 donor feature44，63，75，76，94，101，107，141，198，207，单击工具面板中 的 Keep Only Current Feature Selections，以保留这些 Donor 特征。 手动选取这些特定元素特征作为 cluster center 的代表同活性位点重要残基相互作用。 这些特 征的选取仅仅是依据基于蛋白结构信息得到的相互作用模型， 用户也可以依据已知的氢键相 互作用来手工选取。 单击工具面板中的 Show/Hide Donor，隐藏 Donor 特征。 设置工具面板中的 Current Feature 为 Hydrophobe，点击 Show/Hide Hydrophobe，显示所 有疏水特征。 点击工具面板中的 Cluster Current Features，对 Hydrophobe 特征进行聚类分析，同样得到 一个 Dendrogram 窗口。 在 Dendrogram 窗口中移动 slider 线， 直到窗口右下角显示 Number of cluster centers 为 8。 在工具面板中点击 Keep Only Cluster Centers，关闭 Dendrogram Window。612011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio这样所有的 Hydrophobe feature 将由 8 个 Hydrophobe feature 代表。 在系统视图（Hierarchy View）中，展开 QueryRoot | Fit Fit_1。 CTRL-选取 hydrophobe feature9，48，81，单击工具面板中的 Keep Only Current Feature Selections，以保留这些 Hydrophobe 特征。 设置工具面板中的 Current Feature 为 All Features，点击 Show/Hide All Features，显示所 有保留特征元素。 蛋白活性位点处药效团模型共由 18 个特征元素表征，特征元素的选取是基于观察到的配体 和蛋白间相互作用，以及从单一蛋白结构得到的作用。 注：另一个用于编辑药效团模型的重要工具是 Average Pharmacophore Features 命令。选取 同一类型的特征元素，再用该命令基于这些特征元素得到一个平均特征用以代表整个类别。 在系统视图（Hierarchy View）中，CTRL-选取 acceptor feature28，77，97，donor feature63， 75，141，198，从菜单栏中选取 Edit | Group。 命名为 S-interactions。 该步骤所定义的相互作用都表征的是 S-口袋处的残基。 3. 产生排除体积模型（exclusion model） 在系统视图（Hierarchy View）中，选择 QueryRoot，然后在主菜单栏中选择 Edit | Select。 在 Select 对话框中， 点击 Selection Mode 右边的栅格， 下拉列表中选择 Replace， 点击 Scope 右边的栅格，下拉列表中选择 AminoAcid。 选取 Radius，设为 2.00，点击 Apply 按钮。 点击 Selection Mode 右边的栅格，下拉列表中选择 Intersection，点击 Scope 右边的栅格， 下拉列表中选择 Atom。 选取 Property，在最后一栏下拉菜单中选取 CA，点击 Apply。（图 6） 保留的特征元素周围 2 埃以内完整残基中的 CA 原子被选中。图 6 “Select”对话框参数设置 从主菜单栏中选取 Structure | Query Features，将 Feature 改设为 ExclusionSphere，基于选 取的原子产生排除体积。 （图 7）622011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio图 7 “Create Feature”对话框参数设置 通过以上步骤，最终得到了一个基于蛋白结构的药效团模型，含有排除体积。 （图 8）图 8 基于蛋白结构的药效团模型配体库的筛选在用该药效团模型筛选化合物库之前有必要对该模型进行验证，考察这 18 个药效团特征元 素中那些特征元素比较关键。 本教程通过对一个包含了活性分子和非活性分子的测试集进行虚拟筛选来对该模型进行验 证。 1. 采用药效团进行数据库筛选 在文件浏览器（File Explorer）中，展开 Samples | Tutorials | Pharmacophore，双击打开 thrombin_ligands.sd。 读入 8 个有活性的凝血酶抑制剂，分子名都有_ligand 的后缀。 接着展开 Samples | Tutorials | Receptor-Ligand Interaction，将 kinase_ligands.sd 文件拖至 thrombin_ligands 窗口中。 读入 9 个激酶抑制剂，这些分子都视为未知配体（理想情况下，这些分子应确证不能同凝血 酶结合才可视为负性对照物） 。 在系统视图（Hierarchy View）中，选中 Hydrophobe81 特征作为筛选过程中必须出现的特 征元素。632011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio在工具浏览器（Tool Explorer）中，展开 Pharmacophores | Search, Screen an Profile，点击 Screen Library，打开 Screen Library 对话框。 设置 Input Ligands 为 thrombin_ligands:All。 确保 Input Pharmacophore 为 1k22_protein_ligand: QueryRoot。 接着指定筛选得到的配体分子必需匹配的特征元素个数， 以及用于筛选的每个药效团模型中 都必须包含的特征元素。 在 Screen Library 对话框中，展开 Input Pharmacophore 参数组。 点击 Required Features 右边的栅格， 下拉列表中选择 True， 并展开该参数组， 设置 Required Features 为前面选中的 Hydrophobe81。图 9 “Screen Library”参数设置 点击 Features Group 右边的栅格，下拉列表中选择 True，并展开该参数组，设置 Feature Group 1 为前面定义的 S-interactions。 展开 Feature Group 1 参数组，将 Maximum 改为 7。 该值为该特征元素组中特征元素的上限个数。642011 年计算机辅助药物设计和大分子模拟技术暑期培训班Discovery Studio将 Maximum Features 设为 8。 该值为输入药效团模型中需要考虑的特征元素的上限个数。 展开 Input Ligands 参数组，点击 Conformation Generation 右边的栅格，下拉列表中选择 FAST。 展开 Advanced 参数组，查看 Number of Possible Pharmacophores。 该值给出了药效团模型几种组合的可能性，是基于 Total Number of Features ，Maximum Features 和 Maximum Features 这三个参数计算得来的，该值当前显示为 105774。 以上参数的设置表明最终筛选得到的配体小分子必须同