Докинг

Статья носит популяризационный характер и отражает мое (возможно не совсем корректное) понимание докинга на основе прочитанной литературы и пользования прикладными программами. Когда это самое "понимание" изменится, я обязательно напишу еще одну статью 🙂

Содержание

Теория
Процесс докинга
Анализ результатов
Виртуальный скрининг
Пример

penicillin docking, докинг пенициллина

Докинг. Под этим термином подразумевают автоматизированный компьютерный алгоритм, позволяющий определить, как свяжется соединение (лиганд) с активным участком рецептора.
Докинг применяется для моделирования взаимодействия между небольшими молекулами и белком на атомном уровне, что позволяет охарактеризовать фундаментальные биохимические процессы и поведение соединений в участке связывания. Это наиболее часто и активно используемый компьютерный метод в разработке лекарств, а также наиболее точный метод предсказания, будет ли вещество хорошим ингибитором определенного белка.
Докинг частично заменяет лабораторные исследования, сокращая число синтезируемых соединений для анализа, что является примером рациональной разработки лекарств.
Но докинг не учитывает биодоступность, токсичность и другие факторы организма.

Теория

докинг

Алгоритмы

Алгоритм докинга включает в себя определение ориентации и конформации соединения, а также вычисление энергии связывания, свободной энергии и других параметров.
Докинг включает в себя два ключевых алгоритма: поисковый и вычислительный.
Поисковый алгоритм позиционирует молекулу в разные положения, ориентации и конформации в активном участке связывания, но не отвечает за точность результатов расчетов.
Вычислительная функция ответственна за определение наиболее энергетически выгодных ориентаций, выбранных поисковым алгоритмом.
Также поисковый алгоритм упрощает пространство поиска, если даны корректные входящие параметры, что делает точность результатов зависимой от точности вычислительной функции.
Таким образом, поисковый алгоритм помещает соединение в разные положения в активном участке связывания, а вычислительная функция выполняет расчеты для каждой позиции.

Сетка потенциалов

В связи с ограниченностью вычислительной мощности компьютеров алгоритм докинга создает отдельное поле потенциалов (сетку потенциалов), численно оцениваемое прямоугольным каркасом в активном участке связывания, вместо проведения расчетов в полном поле потенциалов. Если сетка создана правильно, то алгоритм покажет те же результаты, что и для полного силового поля.
Гибкость лиганда и рецептора
Процесс докинга можно представить, как стыковку двух пазлов, или изобразить в виде системы «ключ-замок».
Но на самом деле лиганд «неидеально» подходит к рецептору. Под действием сил связывания рецептор меняет свою форму для «идеального» соответствия лиганду (как ключ и замок).
Ограниченность компьютерных ресурсов делает представление подвижности рецептора очень трудной задачей, поэтому докинг производится при гибком лиганде и жестком рецепторе.

Процесс докинга

Подготовка лиганда и рецептора к докингу

Подготовка рецептора и лиганда к докингу включает в себя добавление атомов водорода, которые обычно не распознаются методами кристаллографии; удаление молекул воды, за исключением тех, которые играют роль в структуре; минимизацию структуры.
Точность результатов докинга напрямую зависит от качества кристаллографической структуры активного участка протеина.
Если ферменту требуется кофактор, тогда следует использовать кристаллическую структуру голофермента (полного фермента).

Анализ результатов

Самым важным результатом докинга является энергия связывания лиганда в активном участке связывания. Именно этот параметр определяет лучший ингибитор.
Для оценки точности связывания вводится величина среднеквадратичного отклонения (RMSD) между предсказанной и естественной конформацией лиганда. На практике, позиции даже с большой величиной отклонения могут быть лучшим вариантом.
Важен анализ участка связывания. Функциональные группы лиганда, которые выходят за пределы участка связывания, должны быть удалены. Участки, где соединение «не достает» до активного участка, должны быть «заполнены» функциональными группами для лучшего связывания лиганда с рецептором.

Виртуальный скрининг

Молекулярный докинг используется для отбора ведущих соединений. Применение докинга к библиотеке соединений для исследования связывания с рецептором позволяет быстро оценить миллионы веществ с минимальной затратой ресурсов. Эта процедура известна как виртуальный скрининг и является рациональным компьютеризированным аналогом высокопроизводительному скринингу (исследование большого числа веществ на биологическую активность и отбор самых активных с помощью роботизированной техники).
Виртуальный скрининг обычно проводится по отношению к белковой мишени с набором известных лигандов. В виртуальном скрининге важно соблюдение баланса между оптимизацией скорости и повышением точности. Для отбраковки противоречащих выходных данных требуется дополнительный анализ результатов скрининга. Он основан на точности предсказанного положения лиганда (среднеквадратичное отклонение) и его способности к связыванию (относительно расположения известных лигандов).
Таким образом, в процессе виртуального скрининга производится докинг соединений из базы данных, и по его результатам выбираются наиболее активные – потенциальные лекарства.

Докинг — видео



Добавить комментарий