Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Молекулярный докинг как метод компьютерного моделирования взаимодействия лиганда с белком. Учебно-методическое пособие
.pdf
11
редактора, файл 1м17.pdb cодержит лишь одну субъединицу
EGFR – тирозинкиназный домен. Об этом же свидетельствует и
список PMV Molecules: согласно нему, файл 1m17 cодержит цепьсубъединицу A – тирозинкиназный домен (рис. 5.3) и «цепь» без
названия, куда включены Эрлотиниб AQ4 (A 999) и молекулы воды
(HOH).
При нажатии по треугольнику слева от имени какой-либо цепи
открывается список аминокислот, составляющих эту цепь. Каждая
аминокислота состоит из нескольких атомов.
Рис. 5.3. Список субъединиц, аминокислот и атомов,
из которых состоит исходная молекула белка
Справа от каждой молекулы, каждой цепи, аминокислоты, атома
располагается ряд кружков и ромбов. У каждого из них своя
функция (табл. 5.1).
Таблица 5.1
Название кнопки
Функция
Show/Hide
Показывает или скрывает молекулу
Lines
Отображает молекулы в виде стержня
S&B
Отображает молекулы в виде шариков и стержней (Sticks
and Balls – стержни и шары)
Rib
Показывает вторичную структуру белка
MS
Показывает поверхность молекулы
Atom
Обозначает атомы различных элементов разными цветами
12
Окончание табл. 5.1
Название кнопки
Функция
Chain
Обозначает субъединицы молекул разными цветами
RAS
Обозначает различные аминокислоты разными цветами
SHA
Обозначает различные аминокислоты разными цветами
(альтернативная цветовая схема)
Sec. Str
Отображает вторичную структуру белка при нажатой
кнопке Rib и использует следующую цветовую схему:
α-спирали видны как красные спирали,
β-складки – как желтые полосы,
фрагменты аминокислотной последовательности, не
относящиеся ни к α-спиралям, ни к β-складкам – как серые
или синие петли (рис. 5.4)
Для более наглядного просмотра пространственной структуры
молекулы белка можно приближать или отдалять фрагменты при
помощи вращения колесика мыши. Для вращения молекулы следует
зажать колесико мыши и подвигать мышью. Для изменения
расположения молекулы в окне – нажать и удерживать правую
кнопку мыши. На рис. 5.4 представлен вид молекулы,
отображающий вторичные структуры белка.
Рис. 5.4. Молекула белка: α-, β-спирали и прочие фрагменты
окрашены различными цветами
13
5.2. Очистка молекулы белка от молекул растворителя
и разделение комплекса «низкомолекулярное вещество-белок»
Как правило, молекула белка (например, рецептора) в pdb-файле,
загруженном с базы данных RCSB, находится в комплексе с
молекулами растворителя, а также с молекулой ингибитора или
какой-либо другой. Программа Autodock не учитывает
взаимодействие молекул растворителя с другими молекулами (в
отличие, скажем, от программ, основанных на принципах
молекулярной динамики: GROMACS и т.п.), поэтому молекулы
растворителя необходимо удалять. Также для успешного
проведения докинга необходимо очищать связывающий сайт белка
от находящихся в нем молекул (как правило, это молекула
активатора или ингибитора).
Научимся выделять и удалять заданные атомы.
1. Select → Select From String (рис. 5.5).
Рис. 5.5. Очистка исходной молекулы белка от молекул растворителя
(в данном случае растворителем является вода)
2. В текстовом поле Residue напишите HOH*, в текстовом поле
Atom поставьте знак *. Будут выделены все молекулы воды,
14
находящиеся в этом pdb-файле. Знак * служит заменой любого
количества любых символов.
3. Нажмите кнопки «Add» и «Dismiss». В окне просмотрщика
буду выделены все молекулы воды.
4. Edit → Delete → Delete Atom Set. Будут удалены все
выделенные молекулы, в данном случае – молекулы воды. В
диалоговом окне подтверждаем принятое решение, нажав кнопку
«CONTINUE».
5. Как мы уже выяснили ранее, находящийся в комплексе с EGFR
ингибитор эрлотиниб обозначен как AQ4 (рис. 5.6).
Рис. 5.6. Поиск в окне PMV Molecules ингибитора или активатора
6. Select → Select From String.
7. В текстовом поле Residue указываем обозначение вещества,
расположенного в лиганд-связывающем центре белка: AQ4* в
текстовом поле Atom ставим знак *. Затем – «Add» и «Dismiss».
Замечание: поле «Residue» – регистрзависимое!
8. Edit → Delete → Delete Atom Set. Ингибитор удален. Теперь
при просмотре мы видим только белок. Давайте его сохраним в
отдельный файл.
9. File → Save → Write PDB. В текстовом поле «Имя файла:»
напечатайте: egfr.pdb. Нажмите «Сохранить». Таким образом,
выделили из pdb-файла рецептор EGFR в чистом виде и сохраняем
его в отдельном файле.
15
10. Отметьте флажком Sort Nodes, нажмите кнопку «OK».
11. Удалите молекулу из ADT, нажав правой кнопкой мыши на
имени молекулы в списке PMV Molecules и выбрав левой кнопкой
мыши пункт «Delete» (рис. 5.7). Это необходимо для работы с
другими молекулами.
Рис. 5.7. Удаление молекулы из просмотра
12. Заново откройте исходный файл 1M17.pdb (НЕ egfr.pdb!).
13. Выделите молекулу эрлотиниба, как это делали ранее (см. п. 7).
14. Select → Invert selection. Выделение будет обращено, т.е.
выделенной станет не молекула эрлотиниба, а молекула белка +
+ молекулы воды.
15. Удалите выделенные атомы:
Edit → Delete → Delete Atom Set.
16. Сохраните молекулу эрлотиниба в отдельном файле:
File → Save → Write PDB.
В текстовом поле «Имя файла» напечатайте erlotinib.pdb.
Нажмите «Сохранить».
17. Отметьте флажком Sort Nodes, нажмите кнопку «OK».
18. Удалите молекулу из ADT, нажав правой кнопкой мыши на
имени молекулы (1m17) в списке PMV Molecules и выбрав левой
кнопкой мыши пункт «Delete».
16
5.3. Подготовка файла рецептора
Современные способы получения данных о пространственном
строении молекул (рентгеноструктурная кристаллография, ядерномагнитный резонанс) не позволяют точно установить координаты
всех атомов водорода. Для дальнейшей работы, в том числе для
постановки докинга, модель молекулы белка должна содержать все
атомы, присутствующие в реальной молекуле. Пакет программы
MGL Tools позволяет их добавить.
1. Открываем файл молекулы рецептора:
File → Read Molecule → egfr.pdb → Открыть.
2. Edit → Hydrogens → Add. К молекуле белка будут добавлены
недостающие атомы водорода.
3. Также необходимо рассчитать электростатический заряд для
каждого атома.
4. Edit → Charges → Compute Gasteiger. Будет вычислен
частичный заряд для каждого атома.
5. Неполярные атомы водорода в программах для расчета
межмолекулярных взаимодействий, основанных на принципах
молекулярной механики (как и Autodock Tools), объединяются со
связанными с ними атомами.
6. Edit → Hydrogens → Merge non-polar.
7. Edit → Atoms → Assign AD4 type. Каждому атому будет
присвоен один из следующих типов:
C – алифатический атом углерода;
A – ароматический атом углерода;
N – атом азота;
NA – атом азота – акцептор электронов;
O – атом кислорода;
OA – атом кислорода – акцептор электронов;
S – атом серы;
SA – атом серы – акцептор электронов;
H – атом водорода
и т.д.
Результат этого действия на экране никак не отобразится, однако
же тип для каждого атома будет записан в файл после сохранения.
17
8. Сохранить результат как pdbqt-файл (где q – электрический
заряд, t – тип атома): File → Save → Write PDBQT.
BROWSE → В поле «Имя файла:» напечатайте:
egfr.pdbqt
(Обязательно с указанием расширения .pdbqt. Того, что расширение
*.pdbqt указано в поле «Тип файла:», будет недостаточно!) Отметьте
флажком Sort Nodes, нажмите кнопку «OK».
9. Удалите молекулу рецептора из просмотра. Для этого
щелкните правой кнопкой мыши по имени молекулы в списке PMV
Molecules в левой части окна Autodock Tools, нажмите «delete».
5.4. Подготовка файла лиганда
Подготовим молекулу лиганда похожим способом, что и молекулу рецептора.
1. File → Read Molecule → erlotinib.pdb → Открыть.
2. Edit → Hydrogens → Add.
3. Edit → Charges → Compute Gasteiger.
4. Edit → Hydrogens → Merge non-polar.
5. Edit → Atoms → Assign AD4 type.
6. Сохраните результат как pdbqt-файл:
File → Save → Write PDBQT → Browse… →
В текстовом поле «Имя файла:» напечатайте:
erlotinib.pdbqt → «Сохранить».
Отметьте флажком Sort Nodes, нажмите кнопку «OK».
7. Удалите молекулу лиганда. Для этого щелкните правой
кнопкой мыши по имени молекулы в списке PMVMolecules в
нижней части окна Autodock Tools, нажмите «delete».
8. Ligand → Input → Open. Выберите erlotinib.pdbqt, нажмите
кнопку «Открыть».
ADT может выдать сообщение об ошибке.
erlotinib::AQ4774:C12 and erlotinib::AQ4774:C12 have the
same coordinates
ERROR *********************************************
К сожалению, для MGLTools ошибка – скорее, правило, а не
исключение из правил. Если такая ошибка возникла, необходимо
хорошо исследовать результат. В данном случае ошибка связана с
18
атомом углерода в составе молекулы эрлотиниба, обозначенном как
C12, что можно понять из сообщения, который оказался не
связанным с остальной молекулой. Его нужно удалить.
Если ошибка не возникла переходим далее к п. 17 данного
списка!
9. Найдите этот атом в раскрывающемся списке «PMV
Molecules» в левой части окна ADT.
10. Выделите его, щелкнув на прямоугольнике из столбца «Sel.»
левой кнопкой мыши. (Это способ выделения, альтернативный
Select → Select From String.)
Теперь атом C12 помечен желтым крестиком. Интуитивно
понятно, что ошибка связана с тем, что данный атом не связан с
прочими атомами молекулы эрлотиниба связями. Вероятно, этот
атом располагается на слишком большом расстоянии от остальных
атомов (на расстоянии большем, чем стандартная длина одиночной
связи углерод-углерод), и по этой причине ADT не построил связи
между этим и каким-либо другим атомом.
Исправьте ошибку наиболее простым способом.
11. Edit → Delete → Delete Atom Set.
12. File → Save → Write PDBQT.
13. Вновь удалите молекулу лиганда. Для этого щелкните правой
кнопкой мыши по имени молекулы в списке PMV Molecules в левой
части окна Autodock Tools, нажмите «delete».
14. Вновь откройте молекулу лиганда, но не из .pdb, а из .pdbqt-
файла и повторите шаги по добавлению атомов водорода,
вычислению зарядов и объединению неполярных атомов водорода.
1. File → ReadMolecule → erlotinib.pdbqt → Открыть.
2. Edit → Hydrogens → Add.
3. Edit → Charges → Compute Gasteiger.
4. Edit → Hydrogens → Merge non-polar.
5. Edit → Atoms → Assign AD4 type.
6. File → Save → Write PDBQT → Browse… →
7. В текстовом поле «Имя файла:» напечатайте:
erlotinib.pdbqt → Сохранить
Отметьте флажком Sort Nodes, нажмите кнопку «OK».
8. Удалите молекулу лиганда. Для этого щелкните правой
кнопкой мыши по имени молекулы в списке в нижней части окна
AutodockTools, нажмите «delete».
15. Ligand → Input → Open.
16. Выберите erlotinib.pdbqt, нажмите кнопку «Открыть». При
помощи небольших манипуляций мы исправили ошибку, и в этот
раз ADT не выдает сообщений об ошибке.
17. Ligand → Torsion Tree → Detect Root...
Будет выбран «корневой» атом – ат
атомами наибольшим количеством невращаемых связей; вокруг
атомов, с которыми соединен «корневой», тоже должно быть много
невращаемых связей. Совокупность атомов, соединенных
невращаемыми связями, называют корнем.
18. Посмотрите, какие атомы входят в корень:
Ligand → Torsion Tree → Show Root Expansion.
19. Посмотрите, какие связи не вращаемы:
Ligand → Torsion Tree → Choose Torsions...
В этом диалоговом окне мо
связей будут вращаемыми (из числа тех, которые в принципе могут
вращаться).
Для того, чтобы выделить атомы, щелкните по ним или выделите
их рамкой. Выделенные (выбранные) атомы будут помечены
желтыми крестами. Нажмите кнопку «Make bonds between selected
atoms non-rotatable», чтобы сделать связи между выделенными
(выбранными) атомами вращаемыми. Вращаемые (rotatable) связи
об
означаются зеленым цветом; те, которые не вращаются, но
которые можно сделать вращаемыми (non-rotatable) – сиреневым;
связи, которые нельзя сделать вращаемыми (unrotatable) – красным.
Также можно сделать невращаемыми все связи в пептидном
остове молекулы (кнопка «Make peptide backbone bonds non-
rotatable»), сделать вращаемыми все амидные связи (кнопка «Make
amide bonds rotatable»), сделать вращаемыми все гуанидиновые
связи (кнопка «Make guanidinium bonds rotatable»), сделать все
вращаемые связи невращаемыми или, наоборот, сде
невращаемые связи вращаемыми (кнопка «Make all rotatable bonds
non-rotatable/Make all rotatable bonds rotatable»).
жно указать, какие связи и какие типы
ом, соединенный с другими
лать все
19
20
Как выбрать, какие связи будут вращаемыми, а какие – нет? Это
должен решать человек, планирующий докинг, в зависимости от
того, какая часть критически важна для активации рецептора и т. п.
Вращаемыми могут быть связи в:
• лиганде;
• аминокислотных остатках, которые расположены в лигандсвязывающем сайте белковой молекулы (в рамках данного занятия
мы не будем делать вращаемыми связи в белковой молекуле).
Autodock позволяет рассчитывать взаимодействие молекул
(лиганда и рецептора), в которых в сумме не более 32 подвижных
(вращаемых) связей. Об этом напоминает надпись Number of
rotatable bonds = 10/32 в диалоговом окне Torsion Count, где 10 –
число вращаемых связей на данный момент, 32 – максимально
допустимое число вращаемых связей.
Сейчас сделайте так, чтобы число вращаемых связей в молекуле
было равно 10 (стоит по умолчанию).
Нажмите кнопку «Done», чтобы закрыть диалоговое окно
«Torsion Count».
20. Ligand → Torsion Tree → Hide Root Expansion.
21. Ligand → Torsion Tree → Show/Hide Root Marker.
22. Ligand → Output → Save as PDBQT... Сохраните лиганд под
старым именем: erlotinib.pdbqt.
23. Удалите молекулу лиганда как обычно. (Щелкните правой
кнопкой мыши по имени молекулы в списке в нижней части окна
Autodock Tools, нажмите «delete».)
5.5. Построение сетки (энергетических карт молекулы
белка/рецептора)
Подготовка gpf-файла
В файле с параметрами сетки (grid parameter file, gpf-file) содер-
жится информация о том, для какого рецептора вычислять энергетические потенциалы для каждого атома, энергетические карты для каких атомов строить и размеры этих карт.
1. Укажите, для какой молекулы белка создать gpf-файл:
Grid → Macromolecule → Open...
egfr.pdbqt → Открыть.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]