量子方法可以应用于蛋白质-配体对接问题吗?

计算科学 并行计算 计算化学 计算生物学
2021-12-08 15:37:16

蛋白质-配体对接的问题上,如果能够预测配体进入蛋白质结合口袋的最终构象,大多数时候人们会很高兴。大多数时候,人们可以只使用基于物理的评分函数和能量最小化方法来尝试找到最小值。但在其他一些情况下,评分函数非常不准确,无法代表一些更复杂的交互;金属相互作用、阳离子-π等,甚至共价键所以似乎只有ab-initio 方法可以在这里阐明。

即使您需要访问HPC资源,量子力学方法是否可以用于对接,哪些是最好的方法?

我最感兴趣的是共价键的形成。如果你能提供一些参考资料也很好,我在文献中没有找到很多。

2个回答

很长一段时间以来,人们都知道量子方法在研究蛋白质-配体对接方面发挥着有用的作用。然而,您所面临的挑战——近年来并没有真正改变太多——是从头算方法不能很好地应对非常大的系统。研究配体与蛋白质相关结合位点的相互作用可能是可能的,但是当你被困在非常大的机器上模拟几百到几千个原子时,很难研究整个相互作用系统(其中不仅包括蛋白质和配体,而且很可能还包括水性溶剂!)。

但是,有一些参考资料可供参考:Gresh 等人。提出了一种“自下而上”的分子力学策略,该策略结合了从头算数据,而Morelli 等人。将 ab initio 对接计算与实验分析相结合,以研究蛋白质-蛋白质复合物。

存在诸如ONIOMQUILD(ONIOM 的粗略同源)之类的混合方法,它们解决了 QM 和 MM 计算之间的接口,非常适合研究蛋白质辅因子和可能改进配体对接模型。ONIOM 方法非常简单但很聪明——您将计算分解为由 MM 处理的块状蛋白质和使用电子结构方法处理的感兴趣区域。两个区域共享的覆盖原子上的力在 QM 和 MM 计算之间得到协调,并且相对能量是通过代数获得的。

这种方法不适合高通量对接研究,而是更适用于检查一些好的线索的可行性。我认识一个围绕使用 QUILD(AFAIK)评估水结合模式与蛋白质活性位点的模型建立博士学位的人。可能的解决方案的空间减少了,因为水必须与辅因子金属结合。