一技术简介

分子对接（molecular docking）是分子模拟的重要方法之一，其本质是两个或者多个分子之间通过几何匹配和能量匹配相互识别的过程。其中，几何匹配是分子间发生相互作用的基础，通过计算机计算出配体与受体最佳的空间结合构象；能量匹配则是分子间保持稳定结合的基础，通过对受体-配体复合物间的弱相互作用（包括氢键、范德华力、π-π相互作用等）进行计算，找到受体-配体复合物结合能最低，也就是最稳定的构象。

通过几何匹配和能量匹配，分子对接方法在小分子药物设计、多肽类药物设计、抗体类药物设计以及核酸抑制剂等领域有着广泛的应用。

图1 分子对接原理简化示意图

分子对接方法：

刚性对接：刚性对接方法在计算过程中，参与对接的分子构像不发生变化，仅改变分子的空间位置与姿态，刚性对接方法的简化程度最高，计算量相对较小，适合于处理大分子之间的对接。

半柔性对接：半柔性对接方法允许对接过程中小分子构像发生一定程度的变化，但通常会固定大分子的构像，另外小分子构像的调整也可能受到一定程度的限制，如固定某些非关键部位的键长、键角等，半柔性对接方法兼顾计算量与模型的预测能力，是应用比较广泛的对接方法之一。

柔性对接：柔性对接方法在对接过程中允许研究体系的构像发生自由变化，由于变量随着体系的原子数呈几何级数增长，因此柔性对接方法的计算量非常大，消耗计算机时很多，适合精确考察分子间识别情况。

二技术流程

1、首先准备配体结构文件，对其进行预处理（结构转换、结构优化）；

2、准备蛋白的晶体结构文件，对其进行预处理（结构修复和调整）；

3、如果没有蛋白晶体结构，我们需要完整的氨基酸序列进行结构建模（例如通过 AlphaFold3 对蛋白质的三维结构进行模拟）；

4、准备好蛋白之后需要进行活性位点预测，找出大致的对接口袋位置；

5、以预测的口袋位置中心为坐标原点建立对接盒子，形状大小视项目而定；

6、对接盒子大小等参数根据对接的配体信息（例如配体大小）进行设定；

7、以上步骤确定好后，需要设定最后的对接参数以及选择对接精度；

8、检查结构文件和参数文件，视项目情况调用服务器资源启，启动对接程序。

图2 小分子配体-对接位点预测

图3 蛋白-蛋白对接位点预测

图4 蛋白对接正方体盒子示意图

三技术参数

1、受体信息：

① 需要提供 PDB 数据库蛋白编号；

② 需要提供 Uniprot 数据库蛋白/基因编号；

③ 蛋白的物种信息以及完整的氨基酸序列；

④ 蛋白的活性位点信息；

⑤ 相关的参考文献。

2、配体信息：

① 如果配体是蛋白同受体信息要求；

②普通小分子提供 CAS 号或者 SMILES；

③普通小分子也可以直接提供结构（建议 Chemdraw 软件绘制）；

④普通小分子尽量提供 2D 结构文件（sdf/mol2 等常用格式）；

3、活性位点信息：

提供的受体蛋白没有活性位点信息需要额外的AI位点预测服务。

四结果分析

亲和力的单位为kcal/mol（AutodockVina），即受体与配体相互结合的强度。一般认为当这个能量的值为负值时，受体与配体的结合能自发进行，小于-1.2 kcal/mol时对接结果良好，同时亲和力的绝对值越大表明受体-配体复合物的稳定性越高。

在进行结果分析时，除了关注亲和力的大小，也应当检查受体与配体之间是否形成了氢键，氢键是弱相互作用中作用力最强的类型（氢键 ≈ π-cation键 > π-π堆积 > 范德华力），对于维持受体-配体复合物的稳定十分重要。当对接结果中出现较高亲和力无氢键和较低亲和力有氢键的情况时，应当选择后者进行结果可视化。