摘要
背景:能够与引起疾病的蛋白质结合的小分子设计是新医学发现整个过程的关键步骤。原子计算机建模可以显着提高这种设计的有效性。精确计算将小分子(配体)与靶蛋白结合的自由能是此类建模的最重要问题。对接是最流行的分子建模方法之一,用于发现目标蛋白质中的配体结合姿势并计算蛋白质-配体结合能。该能量用于为给定的目标蛋白质寻找活性最高的化合物。这篇简短的评论旨在简要介绍对接程序的独特功能,重点在于影响其准确性的计算方法和近似值。 方法:这篇评论是基于同行评审的研究文献,包括作者自己的出版物。简要介绍了几种有代表性的对接程序的主要功能,着重介绍了影响对接精度的特征:力场,能量计算,溶剂模型,最佳配体位姿搜索算法,全局和局部优化,配体和目标蛋白质的灵活性以及简化方法为对接加速。除了最近的其他评论主要集中在不同对接程序的性能上,在这项工作中,还尝试提取定义对接精度的最重要的功能特征。还提出了提高对接精度的路线图。这是基于最近实现的新一代对接程序。简短描述了这些程序和各自的新全局优化算法。 结果:考虑了几种流行的常规对接程序。他们对最佳配体位姿的搜索明确或隐含地基于全局优化问题。几种算法被用来解决这个问题,其中启发式遗传算法以其受欢迎程度和精心设计而著称。所有传统的对接程序都使用它们的加速来初步计算蛋白质-配体相互作用潜能的初步网格或蛋白质与配体结合的优选点。这些方法和常用的拟合参数强烈限制了对接精度。在全局优化和寻找最佳配体姿势的过程中,溶剂被认为是极其简化的方法。在对接后,经常使用基于隐式溶剂模型的更准确方法来进行更仔细的结合能计算。最近开发了新一代的对接程序。他们发现了蛋白质-配体复合物的低能极小光谱,包括全局极小值。这些程序应该更准确,因为它们没有使用蛋白质-配体相互作用势的初步计算网格和其他简化形式,分子系统任何构象的能量都是在给定力场的框架内计算的,并且没有合适的参数。为新的对接程序专门开发并实现了新的对接算法。该算法允许在全局能量最小搜索的基础上将柔性配体对接成具有数十个移动原子的柔性蛋白质。这种对接导致在对接过程中提高配体定位的准确性。分子能量计算方法的适当选择还导致更好的对接定位精度。揭示了量子化学方法在对接和评分中的应用进展。 结论:本综述的结果证实了对接程序对借助分子建模发现新药的巨大需求。揭示了对接程序设计的新趋势。这些趋势集中在提高对接精度上,而以更精确的分子能量计算为代价,而没有使用任何合适的参数,包括量子化学方法和隐式溶剂模型,并使用了新的全局优化算法,从而可以处理配体和蛋白质原子的迁移率同时出现。最终,表明提高对接精度的所有必要先决条件都可以在实践中完成。
关键词: 对接,计分,量子化学,灵活性,全局优化,局部优化,药物设计,力场。
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