什么是分子对接
分子对接是一种计算机模拟技术,广泛用于药物设计与发现领域。它模拟药物分子(化学分子、多肽、蛋白等)与大分子(如蛋白质或DNA等)的相互作用,帮助预测两者如何结合,以及结合的稳定性如何。
分子对接的核心原理
分子对接的核心在于寻找小分子与大分子结合时的最佳构象(即分子在空间中的排列方式)。这个过程类似于找到一把钥匙(小分子)能够完美插入锁孔(大分子的结合位点)的情景。对接过程通常包括以下步骤:
构建结合位点模型
首先,需要定义大分子的结合位点,这是小分子与其相互作用的区域。
生成小分子构想
小分子可能会以不同的构象进行尝试,以找到最适合结合位点的结构。
打分和优化
每种可能的结合构象都会根据打分函数进行评分,以衡量结合的稳定性。打分高的构象通常意味着更稳定的结合。
选择最优构象
最终会选出打分最高的构象作为最有可能的结合模式。
分子对接的应用场景
新药发现
通过分子对接,可以筛选出潜在的药物分子,并预测它们对特定靶标的作用效果,从而加快药物开发进程。
研究蛋白质功能
分子对接可以帮助科学家理解蛋白质如何与其他分子相互作用,这对于揭示蛋白质的生物学功能至关重要。
ICM-PRO分子对接模块
作为计算化学领域专业的对接软件之一,ICM-PRO在分子对接模块具备独特的对接算法。
使用五种不同的数据对蛋白口袋进行解析:
(i)van der Waals potential for a hydrogen atom probe;
(ii)van der Waals potential for a heavy-atom probe (generic carbon of 1.7A radius);
(iii)optimized electrostatic term;
(iv)hydrophobic terms;
(v)loan-pair-based potential, which reflects directional preferences in hydrogen bonding.
打分标准:
使用基于物理模型的Scoring和基于深度学习的RTCNN双重打分,并提供基于力场的mfScore打分作为补充参考。
Scoring:使用GBSA/MM函数作为打分基准
RTCNN:使用卷积网络收录结构中的化学信息及3D结构信息
mfScore:根据作用力场统计进行评估
使用ICM-PRO分子对接工作流
靶点分子为EGFR(PDB:7U98),小分子抑制剂为环状分子CHEMBL5180914
EGFR(Epidermal Growth Factor Receptor,表皮生长因子受体)是一种跨膜蛋白,属于酪氨酸激酶受体(RTK)家族。它在细胞增殖、分化、迁移以及凋亡等过程中起着至关重要的作用。EGFR靶点在癌症领域尤其受到关注,因为其异常活化与多种癌症的发展和恶性进展密切相关,尤其是非小细胞肺癌(NSCLC)、头颈部鳞状细胞癌以及结直肠癌等。
EGFR结构与功能
EGFR由三个主要部分组成:
胞外域:负责结合其配体,如表皮生长因子(EGF)和转化生长因子-α(TGF-α)。
跨膜域:固定EGFR于细胞膜上。
胞内酪氨酸激酶域:当配体结合后,EGFR发生二聚化,激活胞内的酪氨酸激酶活性,引发下游信号通路的级联反应。
EGFR的信号通路
EGFR的激活通过一系列信号传导通路调控细胞行为,包括:
Ras-Raf-MEK-ERK通路
这一通路主要调控细胞增殖和分化。在癌症中,EGFR的异常激活可引发持续的细胞增殖信号,从而促进肿瘤的形成和生长。
PI3K-AKT通路
与细胞存活和生长密切相关,EGFR激活后PI3K-AKT信号可防止细胞凋亡,促进肿瘤细胞存活。
JAK-STAT通路
调节细胞增殖和分化,特别是在免疫反应中起重要作用。
PLCγ-PKC通路
与细胞内钙离子水平和蛋白激酶C(PKC)的激活有关,影响细胞的增殖和存活。
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