蛋白与小分子共价连接的dock方法

加粗样式

简单介绍

本教程主要介绍蛋白质与小分子共价连接的dock实现方法。主要用到的工具是autodock4，如果对这一工具不是很熟悉的同学，可以先去看一下山东大学的生物信息学课程，它会介绍autodock4的图形化界面操作。本教程主要是在Linux系统下的实现方法。由于autodock4以及autodock tools都是基于python2的，所以最好是在Linux下，为其单独创建一个conda环境，避免版本的冲突。

Linux安装

网上有很多教程，最简单的办法就是在Windows下装一个Linux的子系统。

conda的安装

这个网上也有好多教程，就不详细讲解了。安装好conda后，使用如下命令创建环境:

conda create -n dock numpy openbabel python=2.7

-n 后面是环境名称，然后是需要安装的python库，然后是python版本。

软件安装

首先安装autodock4，直接从官网下载autodock4在Linux下的安装版本，解压后会有autodock4和autogrid4两个文件，然后在Linux系统下，将这两个文件复制到已经添加到path环境变量的文件夹下面：

sudo cp /your_path/autogrid4 /usr/bin/autogrid4
sudo cp /your_path/autodock4 /usr/bin/autodock4

这两句命令需要在命令前面加上sudo才有权限操作，并且需要输入创建Linux账户时的密码。

然后安装autodock tools，这个可以用conda安装，首先进入刚刚创建的环境变量：

conda activate dock

因为autodock tools是mgltools的一部分，因此你可以通过安装mgltools来安装autodock tools：

conda install -c bioconda mgltools

你也可以只安装autodock tools：

conda install -c insilichem autodocktools-prepare 

我使用的是第二种方式，安装完之后，在文件夹~/miniconda3/envs/adcovalent/lib/python2.7/site-packages/AutoDockTools/Utilities24/下，你会看到很多的python文件。这些就是你之后需要用到的。

最后我们还需要下载用于共价连接的python包，这个可以直接从官网下载http://autodock.scripps.edu/resources/covalentdocking
解压后，里面有一个readme文件，建议详细阅读。我们需要用到的是prepareCovalent.py这个文件。

至此，我们需要的软件就下载完了

蛋白质与小分子的准备

蛋白质的三维结构可以从pdb数据库下载，如果你的蛋白还没有解出来三维结构，可以去这个网站模拟一个三维结构https://swissmodel.expasy.org/interactive。下载完之后，用文本编辑器打开pdb文件，只保留蛋白质的原子坐标，删除掉其他行。

小分子的结构可以从pdb数据库下载，也可以从zinc数据库下载，下载完小分子之后，你需要手动将与蛋白质氨基酸相连的侧链加到小分子上面去，可以用GaussView这个软件来添加，添加完之后保存为.mol2文件。我这边的小分子连接的是半胱氨酸的巯基，由于小分子连接部位的C原子是一个双键，连接之后是一个单键，所以我需要先将双键改为单键，然后将S原子加到连接部位的C原子上，最后在S上加一个甲基，加完甲基后，运行后面的程序，我发现这个甲基不能连接上半胱氨酸的主链，因此我又把这个甲基改为了亚甲基。

处理前

处理后

将小分子与相应的氨基酸连接

python2 /your_path/prepareCovalent.py --ligand your_ligand.mol2 \
                  --ligsmart your_ligsmart\
                  --receptor your_protein\
                  --residue A:CYS86\
                  --outputfile ligcovalent.pdb

以上代码能够将你准备好的小分子连接到相应的氨基酸上面去。
–ligsmart 后面是连接的方式，如果是和巯基连接，则是CSCC，如果是和羟基连接，则是COC，也可以通过–ligindices指定小分子上连接的原子位置。–residue 指明需要连接的残基
我运行上面的代码时，出现了如下报错：

可能是python2不维护了，出现的bug，如果你也和我出现了一样的错误，可以将prepareCovalent.py这个文件的第76行改为if p2 is not None：运行完之后你的小分子就变成了这个样子。

autodock

最后就是dock，这一部分，你需要有autodock的基础，可以先学习一下图形化的界面操作，建议观看山东大学生物信息课程的autodock部分。我直接上代码：

#受体准备
python2 ~/miniconda3/envs/adcovalent/lib/python2.7/site-packages/AutoDockTools/Utilities24/prepare_receptor4.py -r your_protein.pdb -A hydrogens
#配体准备
python2 ~/miniconda3/envs/adcovalent/lib/python2.7/site-packages/AutoDockTools/Utilities24/prepare_receptor4.py -l ligcovalent.pdb
#也可以用prepare_ligand4.py准备配体
#python2 ~/miniconda3/envs/adcovalent/lib/python2.7/site-packages/AutoDockTools/Utilities24/prepare_ligand4.py -r ligcovalent.pdb
#将受体的部分氨基酸设置成可以旋转的，就是需要连接的氨基酸
python2 ~/miniconda3/envs/adcovalent/lib/python2.7/site-packages/AutoDockTools/Utilities24/prepare_flexreceptor4.py -r your_protein.pdbqt -s your_protein:A:CYS86
#将配体设置成可以旋转。
python2 ~/miniconda3/envs/adcovalent/lib/python2.7/site-packages/AutoDockTools/Utilities24/prepare_flexreceptor4.py -r ligcovalent.pdbqt -s ligcovalent:A:CYS86
#生成gpf文件，注意npts以及gridcenter的设置                
python2 ~/miniconda3/envs/adcovalent/lib/python2.7/site-packages/AutoDockTools/Utilities24/prepare_gpf4.py -r your_protein_rigid.pdbqt\
                -l ligcovalent_flex.pdbqt\
                -x ligcovalent_flex.pdbqt\
                -p npts='28,28,30'\
                -p gridcenter='42.528,-3.694,23.667'\
                -o test.gpf
#生成dpf文件
python2 ~/miniconda3/envs/adcovalent/lib/python2.7/site-packages/AutoDockTools/Utilities24/prepare_dpf4.py -r your_protein_rigid.pdbqt\
                -l ligcovalent_flex.pdbqt\
                -x ligcovalent_flex.pdbqt\
                -o test.dpf\
                -p move='empty'
#创建空的文件
touch empty
#autodock4命令，在运行这段命令前，需要先打开dpf文件（文本编辑器就可以打开），将unbound_model bound改为unbound_energy 0.0
autogrid4 -p test.gpf -l test.glg
autodock4 -p test.dpf -l test.dlg

最后会生成一个.dlg的文件，用文本编辑器打开这个文件，可以看到一共模拟了十个小分子的构象，在文件的最后，会给出Free Energy of Binding最低的构象的三维坐标，复制坐标到文本文件中，并保存为.pdb格式，用pymol打开，即可看到小分子的构象，在同一窗口打开你的蛋白的结构，可以看到小分子与蛋白质连接后的构象。