AutoDock-4.2-官方使用教程中文版(Bioms小组翻译)AutoDock4.2

生物分子模拟论坛“Lindy”Lindstrom,RuthHuey,StefanoForli,WilliamE.Hart,ScottHalliday,RikBelewandArthurJ.Olson翻译人员：川大-灰太狼，天理-小新，中大-小肽，大工-阿里巴巴2012-11-20生物分子模拟论坛第一步：准备坐标文件使用AutoDockTools生成PDBQT文件第二步：运行AutoGrid利用AutoDockTools创建grid参数文件(GPF)第三步：使用AutoDock进行对接在AutoDockTools中生成对接参数文件(DPF)第四步：评价对接结果对接记录文件中的信息使用AutoDockTools分析对接结果附录1：AutoDock文件格式PDBQT格式的坐标文件AutoGrid格点参数文件：GPF原子参数文件格点文件：Map格点的力场文件AutoDock对接参数文件：DPF格式附录2：利用AutoDock对接柔性环引言柔性环参考文献附录3.AutoDock参考文献生物分子模拟论坛是一个用于预测配体和生物大分子靶标之间相互作用的自动化程序。开发这一程序的灵感源于设计生物活性化合物中遇到的问题，特别是计算机辅助药物设计领域。生物大分子的X-射线衍射技术的进步为我们提供了更多重要的蛋白和核酸分子的结构。这些结构可以作为生物活性物质的靶标，用于控制动植物的疾病，或者可以使人们简单的理解活性物质在生物学方面的作用机理。准确的了解蛋白靶标和这些活性小分子之间的相互作用是十分重要的。因此，我们的目标就是为科研工作者提供一个计算工具，帮助他们研究蛋白质与小分子复合物的相互作用。任何对接计算都有两个相互矛盾的方面需要平衡：在尽可能精准的计算与合理（有限）的计算资源之间达到一个平衡。理想的步骤是通过搜索整个系统可能的自由度，在底物和目标蛋白的结合能中找到全局能量极小值。然而这样的工作只能在大型的工作站上实现，并且耗费和结构生物学家进行晶体结构修饰相当的时间。为了解决这一问题，很多对接软件简化了对接的步骤。Autodock通过两种方法的结合使用解决了以上的问题：快速的基于格点能量的计算方法(rapidgrid-basedenergyevaluation)和有效的扭转自由度搜索方法(efficientsearchoftorisionalfreedom)。此教程介绍了Autodock使用的方法（原理）和文件格式，同时也提供了如何使用AutoDockTools生成对应的文件以及分析结果的方法。生物分子模拟论坛生物分子模拟论坛（）为各位愤青提供一个纯学术交流平台，我们倡导Free的分享精神，让大家在一个浓郁的学术氛围中讨论和交流。此AutoDock译文则是在这种精神的鼓舞下应运而生的。在此感谢各位译者的无私奉献！本译文为第一版，参与者均为各高校的在读硕士、博士，也有言不达意之处，希望各位读者将发现的问题或疑问及时反馈到生物分子模拟论坛的分子对接板块上。我们的志愿者将不定期的对教程进行修改和完善，并添加相应的使用实例，尽请期待！AutoDock和其图形化界面准备工具AutoDockTools可在以下网址获得：该站点同样包括众多关于AutoDock使用的资源，包含详细的AutoDock基础使用教程，柔性环状结构的配体对接教程以及利用AutoDock进行虚拟筛选的教程。可以在下列网址获得：生物分子模拟论坛的计算通过以下几步实现：1．使用AutoDockTools准备体系的坐标文件（PDBQT文件），2．使用AutoGrid预算原子亲和力，3．使用AutoDock把配体对接入受体的活性位点，4．利用AutoDockTools对结果进行分析。步骤1-体系坐标文件的准备。AutoDock4.2的坐标参数文件仅使用蛋白、配体和其极性氢原子的坐标。PDBQT格式（PDB的一种扩展格式）文件被用于保存体系的坐标。PDBQT文件中还包含了原子的部分电荷以及原子类型。现有的AutoDock力场对于最常见的原子采用几种不同的原子类型进行描述，比如区分了脂肪族的C原子和芳香环C原子，区分了形成氢键的极性原子与不形成氢键的极性原子。PDBQT文件也包含关于扭转自由度的相关信息。当蛋白质中的一些特定残基的侧链被考虑为柔性残基时，软件会生成一个单独的PDBQT文件用于描述侧链的坐标信息。在绝大多数情况下，AutoDockTools将从传统的PDB文件生成PDBQT文件。步骤2-AutoGrid格点能的计算快速的能量计算通过预算对接配体分子中的每个原子类型的亲和力得以实现。在AutoGrid步骤中蛋白质被嵌入一个三维网格中，在每个格点上放置一个探针原子。这个原子与蛋白的相互作用能量被赋予该格点。AutoGrid计算的格点亲和力包括配体中每种原子类型的亲和力，典型的有碳、氧、氮、氢原子类型，当然还包括了静电势能和去溶剂化效应。在之后的AutoDock的计算过程中，指定的配体构象能量将通过格点能量值进行计算。步骤3-使用AutoDock进行对接。对接过程中将使用多种构象搜索方法中的一种，最有效的方法是拉马克遗传算法(LGA)，但是传统的遗传算法和模拟退火的方法也可以用于构象搜索。对于典型的系统，AutoDock通过数次运行得到数个对接后的构象，然后结合预测能量的分析与结果的一致性来找到最合理的构象。步骤4-使用AutoDockTools进行分析。AutoDockTools包括一系列用于分析对接结果的方法，其中有根据构象相似性进行的聚类分析，构象可视化分析，配体-蛋白相互作用可视化分析以及由AutoGrid得到的亲和力可视化分析。新版本更新内容AutoDock4.2与AutoDock3.0相比强化的地方：侧链的柔性化处理：AutoDock4.2允许考虑受体上有限的侧链柔性。这一特性是通过将受体分成两个文件来实现的。刚性的部分通过AutoGrid进行能量估算，柔性的部分使用和对柔性配体一样的方式进行处理。生物分子模拟论坛力场：AutoDock4.2的力场可用于估算配体结合到受体上的结合自由能。这一力场包括了一个升级的基于电荷的去溶剂化项，改进了的氢键指向性和对于未结合状态的模型。扩展的原子类型：系统添加了卤素原子和常见的金属离子类型，并为其生成了对应的参数文件。去溶剂化模型：去溶剂化模型现已支持系统所有的原子类型，而不像以前只支持碳原子。因此，AutoGrid已不再使用constant函数，因为极性原子的去溶剂化已经可以处理。新的模型需要用AutoGrid计算生成一个新的map文件，这一文件包含了基于电荷的去溶剂化信息。未结合态：有一些模型可用于估算未结合态体系的能量，包含了一个扩展的模型和一个将未结合态作为类似于蛋白结合态处理的模型。AutoDock4.2针对于Autodock4.0的更新：默认的未结合态：未结合态的默认模型已经将从”extend”转变成”bound=unbound”。这是为了解决之前立体位阻较大的配体的问题。通过调用关键词”unboundextended”，之前的”extend”模型任可在AutoDock4.2中使用，。兼容性：我们确保在AutoDock4.0中可用的对接文件同样可在AutoDock4.2中使用。软件技术支持AutoDock是免费软件，但是由于支持经费有限，我们不能对安装和使用中出现的具体问题进行快速的响应。虽然这里有一份AutoDock使用教程，但是同样需要用户具有一些Unix的基本知识。如果你还需要一些帮助的话：1.找你当地懂Unix的人帮忙2.登录AutoDock的FAQ网站：如果你不能找到你问题的答案，把你的问题提交到AutoDock的List(ADL)或者AutoDock的论坛上。那里有很多计算化学软件使用高手和一些可能知道你问题答案的AutoDock的用户。你可以在下列网址找到ADL的更多信息:的论坛网站为：如果以上的方法你尝试了都不行，请给[e-mail]发邮件询问AutoGrid或者AutoDock的相关问题，或者给[e-mail]发邮件询问AutoDockTools的相关问题。生物分子模拟论坛谢谢您的理解！E-mailaddressArthurJ.O1son,[e-mail],[e-mail],[e-mail]:+[phone]TheScrippsResearchInstitute,MolecularGraphicsLaboratory,DepartmentofMolecularBiology,MailDropMB-5,10550NorthTorreyPinesRoad,LaJolla,CA92037-1000,U.S.A.生物分子模拟论坛使用一种半经验的自由能力场估算对接模拟中的构象。该力场的参数是由大量蛋白质-抑制剂复合物相关数据进行拟合得到，这些抑制剂结构已知且抑制常数Ki也已测得。通过力场估算结合自由能分两步进行。配体和蛋白起始时处于未结合态。第一步是通过未结合态到结合态时配体和蛋白的改变估算分子内能量。第二步是通过结合态时蛋白和配体间的相互作用估算分子间能量。力场包含了6对估算值(V)和在结合过程中损失的构象熵变(ΔSconf)：其中L代表配体，P代表受体（如蛋白）。每对估算值（V）都包含了分散-排斥能，氢键能，静电势能和去溶剂化自由能。ij生物分子模拟论坛已经由一系列实验测定的结合常数进行过优化，用于校正经验自由能。第一项是典型的6/12势用于描述分散-排斥能，这项参数是基于AMBER力场的。第二项是基于10/12势的氢键项。参数C和D用于指定由N和O作为氢键受体形成的距离为1.9Å的氢键的最大的势阱深为5kcal/mol,以及由S作为氢键受体形成的距离为2.5Å的氢键的势阱深为1kcal/mol。函数E(t)项指明了氢键方向性，以实际形成氢键与理想氢键构象的角度t为自变量。第三项是用于描述库伦势中经过筛选得到的静电势能。最后一项是基于原子体积（V）的去溶剂化自由能项，由溶剂化参数（S）和指数项中距离权重因子ó（ó=3.5Å）作为权重系数。对于这个函数的详细解释，请阅读附录2中的参考文献。默认情况下，AutoGrid和AutoDock使用了力场标准的参数和权重集。但“parameter_file”关键词可以使用用户自定义的参数文件。参数文件的格式见附录I。用AutoDockTools观察格点。蛋白在左侧用白色的键表示，网格在右侧显示。蓝绿色区域