結(jié)合位點
關(guān)注創(chuàng)建者：320科技工作室 創(chuàng)建時間：2022-01-22
結(jié)合位點的實例教程
2.3 分子對接方法
分子對接采用AutoDock 4.2.6軟件包實現(xiàn)，設(shè)定1DWC晶體結(jié)構(gòu)中心的位置為活性位點，將小分子對接到活性位點，對接盒子的中心坐標設(shè)為（36.99, 41.25, 43.45），XYZ各方向的格點數(shù)設(shè)為120×120×120，格點間距為0.5 Å，對接次數(shù)設(shè)為100，其余參數(shù)采用默認值
3 分子對接結(jié)果
首先通過分子對接結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)化合物結(jié)合到了不同位點上，結(jié)果如下圖所示，該結(jié)果表明，上述小分子的確能結(jié)合到四個不同的結(jié)合位點上。
隨后，為了進一步判定哪一個位點是其結(jié)合的優(yōu)勢位點，我們將其結(jié)合到不同位點的小分子與蛋白之間的分子對接能量打分結(jié)果以及預測的抑制活性值進行了對比分析，結(jié)果如表1所示。通過結(jié)果對比分析，我們發(fā)現(xiàn)，該類分子在活性位點處的結(jié)合能以及預測的活性都是最低的，因此我們判定該處位點為該類分子結(jié)合到該蛋白靶標上的優(yōu)勢結(jié)合位點，并以此為位點作為其他同類分子在該蛋白上的結(jié)合位點。
展開 使用苯，因為它是小分子藥物中最常見的環(huán)，且NS3pro活性位點的表面具有負靜電勢；基于已知NS3pro抑制劑的信息，故使用其他兩個帶有正電荷的片段。選擇對三個片段都非常有利的碎片多樣性集合對接到MD幀中。經(jīng)過過濾和目視檢查后，在體外僅測試了5個分子，其中2個顯示出低微摩爾的親和力。重要的是兩種活性化合物可以對接到晶體結(jié)構(gòu)中，但是它們沒有通過過濾器，換句話說，它們在MD幀的結(jié)構(gòu)中是陽性的，在晶體結(jié)構(gòu)中是陰性的。
3.通過MD誘導契合（MD-IF）準備結(jié)合位點
研究人員設(shè)計了MD協(xié)議采樣與晶體結(jié)構(gòu)不同的蛋白質(zhì)構(gòu)象。這些構(gòu)象揭示了天然配體或底物的結(jié)合位點中活性位點側(cè)鏈或一些口袋中較大孔的側(cè)鏈取向。另外，通過已知抑制劑的信息，使用來自載脂蛋白靶標的MD模擬的結(jié)構(gòu)整體不會偏向于可能導致完全新穎的抑制劑。
案例
蛋白激酶中的ATP結(jié)合位點位于催化結(jié)構(gòu)域的兩個葉片之間，特別是在活化環(huán)、富含Gly環(huán)和一些側(cè)鏈。小分子抑制劑可以促進環(huán)和側(cè)鏈的置換，這種重排效應形成的口袋稱為變構(gòu)位點，其接近ATP結(jié)合位點，且在許多有效的選擇性酪氨酸激酶抑制劑中被疏水部分占據(jù)。最近的一項研究中，通過MD產(chǎn)生了酪氨酸激酶EphA3活性位點的誘導擬合，以適應不能停靠在EphA3晶體結(jié)構(gòu)中的已知II型抑制劑。MD誘導擬合（MD-IF）結(jié)構(gòu)的MD幀用于大約175,000個化合物藥效團定制的化合物庫的高通量對接，其在體外測試的12個分子中產(chǎn)生3個活性物質(zhì)，命中率為25 ％。重要的是EphA3激酶的ATP結(jié)合位點中環(huán)的誘導位移和Tyr742側(cè)鏈的重新取向不能通過常規(guī)的能量最小化來實現(xiàn)。
4.預測結(jié)合模式的MD驗證
有兩種類型的MD用于驗證通過對接獲得的結(jié)合模式：
第一種，在高吞吐量對接和排名之后，使用MD模擬作為最終的過濾器。
展開 圖二，分子動力學模擬尋找到乙酰膽堿天然激動劑乙酰膽堿ACh的新的結(jié)合位點。(a)乙酰膽堿分子質(zhì)心在M3乙酰膽堿受體模擬過程位置的變化。(b)乙酰膽堿分子質(zhì)心到天冬氨酸 （D2.50）的距離隨著模擬時間的變化。（c）(a)乙酰膽堿分子質(zhì)心在M4乙酰膽堿受體模擬過程位置的變化。（d）拮抗劑TTP在M3乙酰膽堿受體模擬中最后的位置。（e）激動劑乙酰膽堿ACh在M3乙酰膽堿受體模擬中最后的位置。（f）拮抗劑TTP在M4乙酰膽堿受體模擬中最后的位置。（e）激動劑乙酰膽堿ACh在M4乙酰膽堿受體模擬中最后的位置。
通過分析小分子與受體的相互作用指紋圖譜，作者引入了生化突變實驗。突變結(jié)果進一步佐證了這一新的結(jié)合模式（圖三）。
圖三，激動劑乙酰膽堿ACh與乙酰膽堿受體相互作用指紋圖譜與生化突變實驗結(jié)果。
通過系統(tǒng)分析所有GPCRs結(jié)構(gòu)，作者發(fā)現(xiàn)這個新發(fā)現(xiàn)的結(jié)合位點存幾乎存在于所有的GPCRs結(jié)構(gòu)當中（圖四）。
圖四，新發(fā)現(xiàn)的別構(gòu)位點的保守性。
圖五，新發(fā)現(xiàn)的別構(gòu)位點在藥物設(shè)計中的應用。
在本文工作中，作者通過計算生物學的方法發(fā)現(xiàn)了GPCR的一個新的別構(gòu)位點 (allosteric site)并且得到生化突變實驗的佐證。基于此，人們可以通過結(jié)合傳統(tǒng)的正構(gòu)位點(orthosteric site)與這個新的別構(gòu)位點結(jié)合的方式來得到新的化學環(huán)境（圖五），從而為設(shè)計高度專一活性的藥物分子提供新的機遇。
本工作的預覽版本在2018年7月14日在線發(fā)表于Chemical Science8。本文第一作者為Stephen Chan,由袁曙光博士指導。上海科技大學王靜靜博士為共同一作。主要通訊作者為洛桑瑞士聯(lián)邦理工學院(EPFL)袁曙光博士。共同通訊作者為上海科技大學劉志杰教授與洛桑瑞士聯(lián)邦理工學院(EPFL)Horst Vogel教授。
展開 帶負電荷的非金屬原子和孤立金屬原子分別作為質(zhì)子結(jié)合位點和氫化物結(jié)合位點。換言之，質(zhì)子結(jié)合位點與氫化物結(jié)合位點共存于Ni2P(001)表面，而這種所謂的“整體效應”將有助于產(chǎn)氫反應。此外，他們發(fā)現(xiàn)在產(chǎn)氫反應過程中，H2強烈束縛于鎳空心位點。但在P的協(xié)助下，鍵合的H2可以很容易地從Ni2P(001)表面離去。這一重要理論預測激發(fā)了將金屬磷化物作為產(chǎn)氫催化劑的廣泛研究。
金屬硼化物
與金屬磷化物類似，金屬硼化物材料也具有一定的HER催化活性，已獲得研究人員的關(guān)注并進行研究。金屬硼化物(及其合金)可以簡單的通過金屬鹵化物和硼氫化鹽溶液反應制備。例如，已對摻雜或純非晶態(tài)硼化鎳(Ni2B)在堿性介質(zhì)中的HER電催化性能進行探索。最近，硼化鉬(MoB)在酸性和堿性條件下均具有較好電催化HER活性，但在pH=14時被迅速腐蝕。反而在pH=0時，硼化鉬催化劑能夠長期穩(wěn)定地催化反應。雖然其表面暴露在空氣中會迅速形成氧化物，但這些氧化物在電催化HER正常操作條件下可在陰極移除。
二、增強非貴金屬電催化劑析氫活性和穩(wěn)定性的部分策略
許多策略可用于促進非貴金屬電催化劑的性能和穩(wěn)定性。這些策略旨在增強部分氧化還原過程中電催化劑的活性以及可用的催化位點數(shù)量。下文將對部分提升電催化劑性能的策略進行概述，并給出部分實例。
構(gòu)筑納米結(jié)構(gòu)
眾所周知，電催化電流的大小與電催化劑的有效表面積息息相關(guān)。對電催化劑的化學組成或構(gòu)相進行調(diào)整可增加催化活性中心的區(qū)域密度，而改變形貌(如納米結(jié)構(gòu))即提升實際表面積也可增加可用的活性位點。不改變每個位點的反轉(zhuǎn)頻率(TOF)，簡單地通過電催化劑表面褶皺以增加可用位點的數(shù)量，定會提高整體電催化性能。這可能是提高電催化性能最簡單、最常規(guī)的手段。
化學摻雜
金屬和金屬合金電催化活性趨勢與電催化劑的電子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有關(guān)。
展開 這種結(jié)構(gòu)模仿MOF-74，揭示獲得高密度客體金屬位點的結(jié)構(gòu)材料的可能性。文中體現(xiàn)了設(shè)計原則的另一個極限，這與作者開發(fā)的孔隙空間分區(qū)的方法形成鮮明對比，該方法具有由客體結(jié)合金屬位點，全部轉(zhuǎn)換由從框架重新定位到孔中心的能力。這種控制客體結(jié)合位點的理論密度和位置的方法，使得開發(fā)一種材料成為可能，以實現(xiàn)針對各種應用的可調(diào)特性。
文獻鏈接：Homo-Helical Rod Packing as a Path Toward the Highest Density of Guest-Binding Metal Sites in Metal-Organic Frameworks（Angew, 2018, DOI: 10.1002/anie.201802267）。
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結(jié)合位點的相關(guān)專題、標簽、搜索
結(jié)合位點的最新內(nèi)容
1） 基于藥效基團的數(shù)據(jù)庫搜索
藥效基團通常是指那些可以與受體結(jié)合位點形成氫鍵相互作用、靜電相互作用、范德華相互作用和疏水鍵相互作用的原子或官能團。
藥效基團模型方法是一種重要的間接藥物設(shè)計方法，可用于先導化合物的發(fā)現(xiàn)。藥效基團及藥效基團元素在空間的分布(距離限制)構(gòu)成三維藥效基團。三維藥效基團模型一般是通過對一組有生物活性的化合物進行結(jié)構(gòu)活性關(guān)系分析，找出其共同的特征結(jié)構(gòu)來建立的。
上月，北鯤云ISV計劃正式啟動，智峪生科攜PointSite口袋預測率先上線北鯤云超算平臺，為用戶提供更多樣的選擇，大大提升結(jié)合位點原子識別準確性及計算效率。同時，PointSite結(jié)合北鯤云平臺產(chǎn)品與服務卓越的安全性及靈活性，進一步提升了整體運營能力與盈利水平。
繼智峪生科之后，ISV又迎來了重量級的合作伙伴。
隨后，為了進一步判定哪一個位點是其結(jié)合的優(yōu)勢位點，我們將其結(jié)合到不同位點的小分子與蛋白之間的分子對接能量打分結(jié)果以及預測的抑制活性值進行了對比分析，結(jié)果如表1所示。通過結(jié)果對比分析，我們發(fā)現(xiàn)，該類分子在活性位點處的結(jié)合能以及預測的活性都是最低的，因此我們判定該處位點為該類分子結(jié)合到該蛋白靶標上的優(yōu)勢結(jié)合位點，并以此為位點作為其他同類分子在該蛋白上的結(jié)合位點。
PDA上的含O基團還為Li+提供了相對松散的結(jié)合位點，有利于Li+的傳輸。MD模擬進一步揭示了PDA和PDOL之間的相互作用。在圖2d中，PDOL上O原子與PVDF-HFP或PP中原子的徑向分布函數(shù)(RDF)中沒有出現(xiàn)明顯的峰。
與基于普通物理吸附的非極性碳載體相比，聚合物富含極性官能團，表現(xiàn)出豐富的化學結(jié)合位點和更強的多硫化鋰親和性。聚合物的柔性骨架可以有效地緩沖充放電過程中硫正極的體積變化。用作硫載體的導電聚合物可以進一步提高電子電導率。與無機/硫復合材料的熔融浸漬合成相比，含硫聚合物的合成通常在更溫和的條件下進行，從而能夠?qū)崿F(xiàn)硫的均勻分布。
有研究機構(gòu)發(fā)現(xiàn)，在這短短一秒鐘的時間里，有部分結(jié)構(gòu)會衍生出具有較高親和力的結(jié)合位點。而正是基于這樣的發(fā)現(xiàn)，為靶向蛋白質(zhì)折疊中間體致藥理性失活（PPI-FIT）技術(shù)提供了很好的藍本。其大致的原理是，在藥物與這些位點相結(jié)合之后，可以干擾蛋白質(zhì)的正確折疊，進而使的其形態(tài)停留在中間體的狀態(tài)。細胞會將這些中間體識別為不正確的折疊，并通過自噬—溶酶體這種方式促使其進行降解，達到清除致病蛋白的目的。
該缺陷使一個C-O鍵與SiO2區(qū)域結(jié)合，也與SiC中的三個Si和兩個C位點結(jié)合。在動態(tài)平衡下，其形成能低了一些，但客觀上仍相對較高（1.35 eV/C）。
圖3.（a）SiO2中的C6-ring，被-O-鍵包圍。（c）顯示了在界面處具有sp2-sp3mixed C14 C-cluster。
通過調(diào)節(jié)pH值，改變兩狀態(tài)的分布，即可在5個數(shù)量級范圍內(nèi)實現(xiàn)對交聯(lián)位點結(jié)合/解離速率常數(shù)的定量控制，并應用于聚合物網(wǎng)絡(luò)粘彈性行為的調(diào)控。
通過停留-熒光表征手段，作者追蹤了交聯(lián)位點的組裝過程。在不同pH值下，組裝速率差異顯著。其中，熒光強度曲線隨時間呈單指數(shù)而不是雙指數(shù)衰減，表明兩分子狀態(tài)是疊加而不是分離的。
目前后過渡金屬催化劑負載方法主要分為圖1中的三種類型：第一種是利用金屬配合物與經(jīng)過助催化劑預處理后的固體粒子形成離子對進行負載（圖1A），這種方法操作簡單，使用廣泛，但是固體粒子陰離子會對活性中心周圍造成空間阻礙，通常會導致聚合活性和共聚單體插入率下降；第二種方法是將金屬配合物利用共價鍵合負載到粒子表面（圖1B），但是這通常需要對催化劑結(jié)構(gòu)進行特殊設(shè)計，存在催化劑合成過程復雜和表征困難等缺點；第三種方法是利用催化劑上特殊設(shè)計的結(jié)合位點
結(jié)果表明：MPS水解后與硅藻表面活性硅羥基脫水縮合形成有效接枝，將功能基團（—SH）引入到硅藻表面；ECH與—SH經(jīng)交聯(lián)作用形成交聯(lián)網(wǎng)狀的印跡位點。結(jié)合XPS半定量分析，推導出MPS在硅藻表面的接枝度公式，確定了硅藻基Cd（Ⅱ）離子印跡復合吸附材料的接枝模式。
