-prac1autok分子对接实例练习-PPT课件.ppt

1、药物分子设计上机练习MGLTools(MGL)/Autodock分子对接实例练习药物分子设计上机练习安装python 2.5.2先安装python 2.5.2ftp:/115.156.250.230/Incomming/drugdftp:/115.156.250.230/Incomming/drugdesign/python-2.5.2.msiesign/python-2.5.2.msi#注：若有网络，可直接安装ADT，会自动下载python 2.5.2药物分子设计上机练习MGLTools 1.5.4(35MB)开发自Molecular Graphics Laboratory(MGL).分为：

2、ADT:AutoDockTools，可设置，运行及分析结果 PMV Python Molecule Viewer,来自TSRIs MGL,显示分子.VISION:可视化编程环境，节点执行任务.下载并安装：下载并安装：MGLTools 1.5.6ftp:/115.156.250.230/Incomming/drugdesign/pymol/mgltools_win32_1.5.6rc2_Setup.exe药物分子设计上机练习开始安装药物分子设计上机练习完成安装程序清单中出现以下情形：药物分子设计上机练习AutoDockTools(ADT)PMV药物分子设计上机练习Vision:一个可视化程序环境

3、,封装计算方法进行流程工作药物分子设计上机练习ADT药物分子设计上机练习下载及安装Autodock:最新版4.2.3autodock.scripps.edu/下载及安装:最新版4.2.3药物分子设计上机练习下载及安装Vina:最新版autodock_vina_1_1_2_win32AutoDock Vina:open-source drug discovery,molecular docking virtual screening multi-core capability,high performance and enhanced accuracy and ease of use desig

4、ned and implemented by Dr.Oleg Trott in the Molecular Graphics Lab at The Scripps Research Institute.vina.scripps.edu/tutorial.htmlVina Video Tutorial 药物分子设计上机练习如何安装AutoDock,AutoGrid和ADT于Windows?两种方式：新手：WindowsWindows 测试：StartStart-Run.Run.-cmd.execmd.exe：autodock4安装Cygwin libraries:一个Linux-like环境(可

5、自行练习).cygwin.安装指令:instructions for installing and setting up Cygwin 相关文档:documentation about Cygwin.药物分子设计上机练习Cygwin版的:autodocksuite-4.2.1-i86Cygwin.tar.gz$whoami cd/cygdrive/c/Documents and Settings/YOUR_USERNAME/Desktop 解压.tar.gz:tar xvzf autodocksuite-4.0.1-i86Cygwin.tar.gz 生成bin/i86Cygwin.拷AutoG

6、rid 4 和AutoDock 4.exe文件到/usr/local/bin:cd i86Cygwin cp autodock4.exe/usr/local/bin cp autogrid4.exe/usr/local/bin 打开一个新的Cygwin terminal输入:which autodock4 or which autodock3 结果会显示:/usr/local/bin/autodock4你可以告诉ADT用:/usr/local/bin/autodock4和/usr/local/bin/autogrid3药物分子设计上机练习如何安装AutoDock到Linux和Mac OS X?

7、下载文件:Linux:autodocksuite-4.2.3-i86Linux2.tar.gz给Linux,MacOSX:autodocksuite-4.2.3-universalDarwin10.tar.gz$cd$tar xvzf autodocksuite-4.2.1-i86Linux2.tar.gz 生成一个新目录“i86Linux2”.其中有：autodock4和autogrid4cd i86Linux2 移动文件到/usr/local/binmv autogrid4/usr/local/binmv autodock4/usr/local/bin 药物分子设计上机练习SOFTWARE

8、SOFTWAREWhich one is better than others?it is very difficult to draw conclusions.There have been many studies comparing such programs in terms of the accuracy in reproducing the X-ray pose of selected ligands,the capacity to predict binding free energies from the best-scored pose,and the ability to

9、discriminate known binders from randomly chosen molecules in virtual screening studies.药物分子设计上机练习药物分子设计上机练习SOFTWARESOFTWARE药物分子设计上机练习Most common docking programstrends in the percentage of citations per year for the five most common docking programs,analyzed from ISI Web of Science considering any o

10、f the original references asindicated in Table III.药物分子设计上机练习1.从哪开始运行ADT？大分子,配体文件放在同一个目录下,在该目录下运行ADT。2.一定要添加H原子 大分子配体都要加H，计算gasteiger电荷，然后merge非极性H。极性H指的是和N，O相连的，非极性H指的是和C相连的。3.需要多少autogrid maps 需要ligand里每一个原子类型的map外加静电map和去溶剂化地图。分别计算 vdW+Hbond+desolv Energy和 Electrostatic Energy。如果配体很多，则可以一次性把所有可能用

11、到的原子类型的map都计算出来。4.残基的电荷为什么一定要是整数 因为假设了残基之间可以相互改变，而且没有电子和临近残基得失。例如质子化的ARG中，应该有一个1.000电荷，中性的应该0.000电荷。5.如何得到一个好的对接结果？一般说，配体越多可转键，重复对接中，越难发现好的结合模式。6.盒子需要多大？即使配体具有完全伸展的构象，grid体积也应大到至少允许配体自由旋转,且还要完全包括活性口袋。7.不知道活性位点，如何对接？如不知活性位点，可建一足够大的grid，覆盖整个蛋白，用更大的grid spcing，不要局限于默认的0.375埃，在每个方向上添加更多格点（默认40）。然后查看配体有没

12、有更好的位置。这个位置很可能就是活性中心。再减小盒子大小，把盒子中心定位在你找到的位置，进行更精确的对接实验。8.为什么两次对接结果不一样？因为是随机的遗传算法。所以一样的概率近似于0，但具有统计规律。药物分子设计上机练习一 准备PDB文件docking 需要至少四个文件:配体PDBQT文件：其中有一torsion tree；受体PDBQT文件；grid参数文件(GPF)用于AutoGrid计算；docking参数文件(DPF)用于AutoDock计算.PDBQT文件：柔性对接时，受体中部分残基需要柔性处理药物分子设计上机练习对接前需修改PDB文件1.丢失的原子2.加水3.不止一个分子4.链断

13、的5.有alternate locations等.ADT直接解决这些问题.特别是editCommandseditCommands和和repairCommandsrepairCommands这两个模块这两个模块,其中有很多有用工具用来进行加减H原子，修正Histidine 的质子化等.ADT也并不是万能的,有时需用到其他工具来进行处理.请看在AutoDock网站上的资源清单,其中有这些工具的一个列表(autodock.scripps.edu/resources).本例中,大分子将被固定.需要对大分子去水,加氢,并保存修改过的结果.药物分子设计上机练习蛋白处理过程:建目录：c:/ADtest下载1

14、HSG.pdb文件到：c:/ADtest将其中的：“HOH A”和“HOH B”替换成“HOH W”将：MK1 B替换成：MK1 C药物分子设计上机练习打开ADTToolbarControl panelDashboard药物分子设计上机练习读入受体分子：1HSG:HIV II protease与L-735,524复合两种方式：两种方式：A A：File-openFile-openB:B:在在DashboardDashboard中：中：右键点击右键点击PMV Molecules.选1HSG(标准pdb格式),点Open.点这也可打开文件点这也可打开文件药物分子设计上机练习2.按的原子类型上色：h

15、sg1在PMV Molecules,点Dashboard中Atom下Cl的将按化学元素上色类型:Carbons that are aliphatic(C)-white,Carbons that are aromatic(A)-green,Nitrogens(N)-blue,Oxygens(O)-red,Sulfurs(S)-yellow,Hydrogens(H)-cyan.也可在菜单：Color 上色药物分子设计上机练习Animol标签使用SnapshotsMoveColorsSequence anim药物分子设计上机练习3.去水：Select Select From String可以点右侧的

16、list来选 这里只有选，不能删除药物分子设计上机练习可选择：Molecule,Chain,Residue and/or Atom level.可 用：names,numbers,ranges of numbers,or lambda expressions that are evaluated to build a set.strings可用regular expressions及*.直接点右侧的：Molecule List.Chian List.Residue Sets.Residue Sets.Atom Sets.Atom Sets.进行选择，不用输入了进行选择，不用输入了.点Add.出

17、现一warning，问你是否“change selection level to Atom”:if so,click Yes.可见:127 个原子标为黄色显示-在ADT window最下方也有显示.点Dismiss，关Select From String widget.药物分子设计上机练习药物分子设计上机练习4.Edit-Delete-Delete AtomSet删去水分子.点CONTINUE.注:如果没有当前选择,ADT将去除所有原子.如果warnOnEmptySelection为1,ADT将问是否：“expand empty selection to all molecules.”缺省不是

18、问是否：empty selection to be expanded to include every molecule in the viewer.对于ADT：确认warnOnEmptySelection为0.药物分子设计上机练习5.Edit-Hydrogens-Add药物分子设计上机练习加氢选用:Method noBondOrder yes-重排序号.点OK-加所有H原子.共加了多少H原子到hsg1？.注:所加H原子自动存为一套数据名为：“hsg1_addedH”可进行选择:Select Select a set,hsg1_addedH-OK药物分子设计上机练习用与去除水同样的方法：删除C

19、链：MK1 C 这样就得到受体分子：A和B链药物分子设计上机练习保存受体：File Save Write PDBType in hsg1.pdb(与原名同).选一种保存类型(缺省为ATOM and HETATM,Sort Nodes：onSave Transformed Coords:off Click:OK 药物分子设计上机练习准备配体分子即1hsg.pdb中的C链，与受体准备同法得到：ind.pdb茚地那韦，Indinavir 种特异性蛋白酶抑制剂，有效地对抗HIV-1.34药物分子设计上机练习AutoDock要求配体分子的每个原子都得有：部分原子电荷AutoDock原子类型;也需要对配体

20、中的旋转键进行描述.AutoDock使用树的概念，其中分子刚性核心为root,柔性部分则为branches.配体分子以PDBQT-格式保存，其中有关键词：ROOT,ENDROOT,BRANCH,和ENDBRANCH 来建立torsion tree.TORSDOF：指定配体中number of torsional degrees of freedom.在AutoDock 4 力场中,TORSDOF的值表示配体中可旋转键总量.这个数量不包括环中的键,bonds to leaf atoms,amide bonds,guanidinium bonds,etc.TORSDOF用于计算自由能改变：由于结合

21、而丢失了自由度药物分子设计上机练习打开配体分子1.Ligand Input Open在“Ligand File for AutoDock 4:”中找到ind.pdbind.pdb(即常见的pdb格式，没有电荷项).药物分子设计上机练习加载此配体文件后，ADT将进行一系列操作:ADT检测是否已有电荷.如果没有,ADT将计算Gasteiger电荷;要正确计算Gasteiger电荷,配体分子得加上所有的氢原子,包括polar和non-polar的氢原子.如果电荷全为零,ADT将试着加电荷.它检查是否每个残基总电荷是否为整数.ADT检查并合并非极性氢原子,除非你自己设过不要adt_automergeN

22、PHS.ADT指派一个AutoDock type 给每个原子.对于多肽配体,ADT用一个look-up 字典给平面环状C原子.对于其他配体,ADT确定哪些是平面环状carbons（通过计算环中相邻carbons的角度）.如果角度小于cut-off of 7.5(缺省角度)，则环上C原子名为 AutoDock type“A”.可接受氢键的Nitrogens被指派为AutoDock原子类型 NA,而不能接受氢键的则为N.在indinavir,N5原子的AutoDock类型为NA，而其他N原子则为N.所有H原子可给出一对电子，指定为AutoDock type HD.O原子可接受Hbonds，指认为A

23、utoDock type OA.S原子为：AutoDock type SA.药物分子设计上机练习2.Ligand Torsion Tree Detect Root注意绿球注意绿球药物分子设计上机练习ADT会确定哪个原子符合其idea of the best root并标为green sphere.最好的root：配体中具有最小的largest sub-tree的原子.如果原子位于环中，可为：root.如果没有原子位于环中：第一个发现的为root，如果两个都在一个环上，则也是第一个发现选中.分子中的刚性部分包括：root原子和所有与之通过非转键相连的原子。查看当前的root部分：Ligand T

24、orsion Tree Show Root Expansion(隐藏用：Ligand-Tor sion Tree-Show/Hide Root Marker.这里，root portion仅包括最佳root原子，原子C11，因为与它所连的键都均为rotatable.药物分子设计上机练习3.LigandTorsion TreeChoose Torsions结果会打开Torsion Count：显示当前激活的键数量.不能旋转：red.可旋转但当前没激活：purple 当前激活：green.Bonds to leaf atoms cannot be meaningfully rotated.只有单键

25、可旋转(not double or aromatic etc).ADT会确定哪个键可转(possibleTors).你可设让哪些转(activeTors)而不让别的转.可toggle键或一组键的活性：进接点这些键即可.如peptide bonds,amide bonds,bonds between selected atoms or all rotatable bonds.方法：点Make all active bonds non-rotatable，再点Make all rotatable bonds rotatable.Amide bonds应当不能转，这是缺省情况.注意看两个无活性的键：

26、N2;6和C3;4 以及C21;26 和N4:28.当前总的可转键数：14.可重新激活它们：点Make all amide bonds rotatable.但在进行下一步前让它们inactive注意:试着让所选 原子间的所有键为inactive when there is no specific selection in ind will cause an error because then the selection is expanded to include everything and ADT will try to change the activity of bonds in h

27、sg1.关闭这个widget之前,让所有键为活性的，除两个amide bonds外.14/32表示当前活性的为14，Autodock最大允许量为32.药物分子设计上机练习4.Ligand Torsion Tree Set Number of Torsions设活性键的总数，也即while specifying whether you want active bonds which move the fewest atoms or those which move the most.看看差别：选fewest atoms,type 6 现只有六个绿色的键,保留活性torsions.注：这一步，可用

28、Set Number of Active Torsions.点一下most atoms并回车：看看变化(最多也就14个).重新让6 torsions that move the fewest atoms active.点Dismiss：关当前widget.5.Ligand Output Save as PDBQT ind.pdbqt Save.6.隐藏root marker和ligand:Ligand Torsion Tree Show/Hide RGRoot Marker要隐藏indinavir,点dashboard中的灰色小方框showMolecules rectangle 药物分子设计上

29、机练习准备柔性残基文件(否则为受体为刚性)AutoDock 4可进行受体侧链柔性构象搜寻.残基侧链柔性用特定关键词指定：BEGIN_RES和END_RES，如同ROOT,ENDROOT,BRANCH和ENDBRANCH一样.柔性残基需要另写一个PDBQT文件.关键词flexres后接文件名，在DPF文件中，来设置flexible receptor AutoDock 4 experiment：flexres hsg1_flex.pdbqt刚性残基则写入另一个文件用于AutoGrid calculation.药物分子设计上机练习重新显示分子hsg1(或重新加载，可能会报错)1.Flexible R

30、esidues-Input-Choose Macromolecule点：hsg1Select Molecule.点 Yes 点 OK.如果还没加载hsg1：则用FlexibleResidues Input Open Macromolecule2.选择将要做柔性处理的残基Select Select From String点：Clear Form输入：ARG8到Residue entry，点Add.点Dismiss 检查变化：看看有两个ARG8残基出现在哪里？药物分子设计上机练习定义所选残基中的可旋转键.Flexible Residues Choose Torsions in Currently

31、Selected Residues这时只显示 当前选中的残基侧链及旋转键，其中：旋转键为绿色；不能旋转的键为红色；非旋转键为magenta.总的可转的键数列出于：Torsion Count widget中.点其中一个rotatable键使它变为不转的键，或点一个不转的键变为可转的.点各残基CA和CB间的可转的键使它们为inactivate.结果只有6个rotatable bonds在两个ARG8中.点Close.#如果不对，则点 pencil eraser来清除选择.输出：Flexible Residues-Out put 分别生成两个文件 hsg1_rigid.pdbqt 和 hsg1_fl

32、ex.pdbqt(写全称)药物分子设计上机练习准备大分子(只需刚体部分的受体)不显示配体分子.1.Grid Macromolecule OpenChoose hsg1_rigid.pdbqt(前面保存的)，点Open.结果：ADT检查分子是否有电荷.如没有,将为每个原子加电荷Gasteiger.(一定要先加H)。If so,it asks if you want to preserve the input chargesinstead of adding Gasteiger charges.Click Yes.ADT合并non-polar H原子，除非你设了adt_automergeNPHS为

33、No.ADT也会确定大分子中的原子类型.AutoDock 4可用任何原子类型.点OK于WARNING dialog box.CAUTION:The AutoGrid calculation must be based on the rigid residues only.注意:如ADT对分子作了改动,会打开一个file browser让你指定一个文件名.输入：文件名.pdbqt，点Save.药物分子设计上机练习准备格子参数文件GPF.格子参数文件告诉AutoGrid 4哪个受体将计算电势,何种maps以及location and extent of those maps.另外，它还指定一个自定

34、义库of pairwise potential energy parameters.通常，给配体中每个原子类型计算一个map,以及一个 electrostatics map和一个desolvation map.1.Grid Set Map Typesmaps类型有赖于配体中原子类型.这样，就可以通过选择配体来指定maps类型.如果你在前面格式化后的配体还在viewer：直接：Grid Set Map Types Choose-Ligand,选ind 并点Select Ligand button.如果没有，则用：Grid Set Map Types Open Ligand.打开：AutoGpf

35、Ligand widget，改maps类型,选是否model possible hydrogen bonding.点Accept button.对于多个配体则：Set Map Types-Directly.药物分子设计上机练习2.Grid-Grid Box打开Grid Options Widget.看看这个widget中的菜单:File,Center,View and Help.File：用于关这个Grid Options Widget,=Close saving current values to keep your changes or =Close w/out saving to for

36、get your changes.Center:这个菜单让你设置grid box中心，有四种方式:=Pick an atom,=Center on ligand,=Center on macromolecule=On a named atom.药物分子设计上机练习 View:用于改盒子的visibility：用Show box,and whether it is displayed as lines or faces,using Show box as lines.This menu also allows you to show or hide the center marker using

37、 Show center marker and to adjust its size using 调节marker大小.The“Grid Options Widget”displays the Current Total GridPoints per map.This tells you how big each grid map will be:(nx+1)x(ny+1)x(nz+1),其中nx 为在x 方向上的格点数.有3个thumbwheel widgets可用来让你调节x,y和z方向上的格点数.缺省设置为40,40,40,这样每个图总的格点数为68921 because AutoGri

38、d always adds one在每个方向上.还有一个thumbwheel可用来调格点间隙.也可调location of the center of the grid.每个方向上的格点数可高至126.AutoGrid需要输入的格点数为偶数.It then actually adds one point in each dimension,药物分子设计上机练习AutoGrid和AutoDock需要一个central grid point.grid points间的间隙可调：用另一个thumbwheel.缺省为0.375 between grid points,which is about a

39、quarter of the length of a carbon-carbon single bond.Grid spacing values of up to 1.0 can be used when a large volume is to beinvestigated.注:点右键于thumbwheel widget上要咑开一个box，可改其中的值.本例中:调节格点数为60,60,66.边调边看空腔附近的盒子位置变化情况.Notice that each map will have 249,307 points.输入：x center：2.5 y center：6.5 z center：

40、-7.5 结果：将格子盒中心定位于HIV-1 蛋白酶,hsg1的活性中心.File Close saving current.药物分子设计上机练习3.Grid Output Save GPF打开一个file browser：用于指定grid参数文件名，扩展名为.gpf.输出的GPF为hsg1.gpf(要全称)注意：这里输出为hsg1,而不是ind记得这个文件中一定要有以下一行：map hsg1_rigid.A.map#atom-specific affinity map否则后面会报错的说没有A.map生成（这跟CACB间的键没有关系的）药物分子设计上机练习4.Grid Edit GPF(如要改

41、则用)如果已经有一个grid parameter file,则打开一个editing window.如果没，则选一个读入并edit：用Read button.如果你改动过grid parameter file：可用Write button保存.Edit GPF：将打开前面写过的文件(step 3).可以用：OK 或Cancel 表示保留还是不保留特别注意:Z为-7.5如果进行flexible对接：确定specified受体文件为hsg1_rigid.pdbqt.计算Grids得用：没有可动残基的分子文件药物分子设计上机练习开始AutoGrid 4Procedure:1.Run Run Auto

42、GridRun AutoGrid widget打开,输入：C:WINDOWSsystem32autogrid4 并回车.窗口说明:Nice Level:用于指定nice level进行远程提交.Cmd:显示命令.药物分子设计上机练习2.点Launch 启动AutoGrid 4任务.3.tail f hsg1.glg(linux下)也可从命令行进行:$autogrid4 p hsg1.gpf l hsg1.glg&如果报错说找不到：hsg1_rigid.pdbqt则改hsg1.gpf中这行，给出路径名：receptor C:adtesthsg1_rigid.pdbqt#receptor C:ad

43、testhsg1_rigid.pdbqt#macromoleculemacromolecule药物分子设计上机练习Autogrid结果：/cygdrive/c/WINDOWS/system32/autogrid4:Successful Completion./cygdrive/c/WINDOWS/system32/autogrid4:Successful Completion.GridGridAtomAtomMinimum Minimum MaximumMaximumMap Map TypeTypeEnergy Energy Energy Energy (kcal/mol)(kcal/mol)

44、(kcal/mol)(kcal/mol)_ _ 1 1 A A -0.76 -0.76 2.01e+052.01e+05 2 2 C C -0.85 -0.85 2.01e+052.01e+05 3 3 NANA -1.35 -1.35 2.00e+052.00e+05 4 4 OAOA -1.53 -1.53 2.00e+052.00e+05 5 5 N N -0.88 -0.88 2.00e+052.00e+05 6 6 HDHD -0.72 -0.72 1.07e+051.07e+05 7 7 e e -40.24 -40.24 1.20e+011.20e+01Electrostatic

45、 Electrostatic PotentialPotential 8 8 d d 0.00 0.00 1.45e+001.45e+00Desolvation Desolvation PotentialPotential *Note:Every pairwise-atomic interaction was clamped at Note:Every pairwise-atomic interaction was clamped at 100000.00100000.00/cygdrive/c/WINDOWS/system32/autogrid4:Successful Completion./

46、cygdrive/c/WINDOWS/system32/autogrid4:Successful Completion.Real=32.06s,CPU=30.59s,System=0.20sReal=32.06s,CPU=30.59s,System=0.20s药物分子设计上机练习准备Docking参数文件.对接参数文件告诉AutoDock用：哪个map文件、哪个配体分子、Torsions的中心和数量是什么；配体从哪里开始和flexible residues；用什么算法、进行多少轮.扩展名为：dpf有四个不同的对接算法用于AutoDock:SA：original Monte Carlo simu

47、lated annealing;GA：traditional Darwinian genetic algorithm;LS：local search;GALS：genetic algorithm和local search杂合.GALS也称Larmarckian genetic algorithm或LGA,子代可inherit其父代的local search adaptations.每个查寻方法有其自身一套参数，都需要在对接前设置：这些参数有：用何种随机数生成器,步长药物分子设计上机练习影响运行多长时间参数在simulated annealing中：number of temperature c

48、ycles,number of accepted moves number of rejected moves 在GA和GALS中：number of energy evaluationsnumber of generationsng a dockingADT中可改所有这些参数.56药物分子设计上机练习Procedure:1.Docking Macromolecule Set Rigid Filename 选取：hsg1_rigid.pdbqt2.Docking Ligand Choose 选取ind：点Select Ligand.出现一个panel：显示当前配体名,原子类型，中心,activ

49、e torsions和torsional自由度的 数量.可设：配体初始位置及initial relative dihedral offsets和active torsions值.这里用缺省的：点Close药物分子设计上机练习3.Docking Macromolecule Set Flexible Residues Filename 选：hsg1_flex.pdbqt.并点：Open.4.Docking Search Parameters Genetic Algorithm 改:genetic algorithm specific parameters.先用较小energy evaluation

50、s：选short,250,000.点Accept 5.Docking Docking Parameters可选择项有：For random number generator,random number generator seeds,For energy parameter:energy outside the gridmaximum allowable initial energyMaximum number of retriesFor step size parametersFor output format specification是否进行cluster analysis of the