基于Gromacs模拟软件分析小分子配体与蛋白结合之后的稳定性

背景：随着分子病理学的发展，人们对疾病发生和药物发挥药效的分子机制有了更深入的认识，伴随着蛋白质晶体学的发展，越来越多的蛋白质晶体被解析出来，更多的药物与其靶标相互作用的三维结构被揭示，对于理解药物发挥作用的机制起到关键作用。基于药物靶点结构的合理药物设计和筛选愈来愈受到重视，药物靶点和配体的亲和力以及相互作用的结构是十分重要的研究数据。但是 Protein Data Bank（PDB）数据库并不直接提供蛋白质和配体的亲和力数据，大量的亲和力数据需要用户手动在文献中寻找；与此同时，在蛋白质纯化和结晶的过程中需要加入大量的添加剂（如去污剂、盐离子、缓冲剂、金属离子、溶剂分子等），其将会成为污染物出现在解析后的晶体结构中，这些污染物并不能与蛋白质特异性结合，并将在许多自动化的处理中造成干扰。因此收集靶点蛋白质和受体亲和力数据，评估 PDB 结构中配体的生物相关性对药物虚拟筛选、分子对接、蛋白质功能注释及相关软件设计具有重要意义。

具体步骤：

1. 蛋白和小分子的准备

如下列途径：

2. 对接

对接软件目前市面上有许多软件都能做docking

如 DS、Chimera、Autodock系列

下面用autodock vina演示对接过程

a.file-read molecule

删除水分子和其他配体，常规操作不用解释

b. file-read molecule

同样的处理方式，加极性氢，计算电荷和添加原子类型

c.处理完蛋白质和小分子后，开始设置对接盒子grid-box，最后使用vina输出参数，最后run autodock vina即可，具体的参照《autodock vina的安装及使用》。

对接完成后，可以分析小分子的极性接触。

如：

3. Gromacs 模拟步骤

将配体pdb文件加载至文件夹中

3.1 蛋白质拓扑结构生成

gmx pdb2gmx -f protein.pdb -o protein_processed.gro -water spc -ignh

3.2 配体拓扑结构处理

根据你所需要的力场修改小分子拓扑。

3.3 复合物构建

复制protein_processed.gro文件并命名为complex.gro，将每个配体gro文件的坐标部分复制到complex.gro的蛋白质原子坐标末尾，最后更新complex.gro开头的原子总数。

3.3 周期性边界条件

4. # 定义盒子尺寸

5. gmx editconf -f complex.gro -o newbox.gro -bt cubic -box 8.0 8.0 8.0

6. # 添加溶剂

7. gmx solvate -cp newbox.gro -cs spc216.gro -p topol.top -o solv.gro  

8. # 加入离子

9. gmx grompp -f em.mdp -c solv.gro -r solv.gro -p topol.top -o ions.tpr -maxwarn 2  

10. gmx genion -s ions.tpr -o solv_ions.gro -p topol.top -pname NA -nname CL -np 5

3.5 能量最小化，预平衡NVT，NPT

gmx grompp -f em_real.mdp -c solv_ions.gro -r solv_ions.gro -p topol.top -n index.ndx -o em.tpr -maxwarn 2  

得到em.tpr文件之后通过以下命令运行能量最小化：

gmx mdrun -v -deffnm em

gmx grompp -f nvt.mdp -c em.gro -r em.gro -p topol.top -n index.ndx -o nvt.tpr -maxwarn 2  

gmx mdrun -deffnm nvt  

gmx grompp -f npt.mdp -c nvt.gro -r nvt.gro -t nvt.cpt -p topol.top -n index.ndx -o npt.tpr -maxwarn 2  

gmx mdrun -deffnm npt  

3.6 生产模拟

首先运行如下命令生成 tpr 文件：

gmx grompp -f md.mdp -c npt.gro -r npt.gro -t npt.cpt -p topol.top -n index.ndx -o md_results_1.tpr -maxwarn 2  

运行主体模拟：

gmx mdrun -deffnm md_results_1

模拟完成后，可以计算蛋白稳定性，通过RMSD、RMSF

最后通过PBSA计算结合能

。

总结：通过上述对接，模拟，分析，我们可以了解蛋白与小分子结合的稳定性，来判断结合的好坏。也可以利用模拟来提前预测小分子能否在实验中得到好的验证。

最后,如有MD相关需求,可以联系我们.

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