你需要知道的那些前奏
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PDB文件 (详细格式描述)
基本信息部分
HEADER记录: 包括分子的分类、提交日期、PDB IDTITLE记录: 为该结构的描述，如果有多行，除第一行外，其它行有连续的数字标示。COMPND记录: 包含分子数目、名字、链特征、分子是如何获得的等。SOURCE记录: 大分子的生物或化学来源KEYWDS记录：关键字EXPDTA记录：实验信息JRNL记录：文献引用信息REMARK记录：更为丰富的记录信息
HEADER HYDROLASE (ACID PROTEINASE) 31-MAR-95 1HSG
TITLE CRYSTAL STRUCTURE AT 1.9 ANGSTROMS RESOLUTION OF HUMAN
TITLE 2 IMMUNODEFICIENCY VIRUS (HIV) II PROTEASE COMPLEXED WITH L-
COMPND MOL_ID: 1;
COMPND 2 MOLECULE: HIV-1 PROTEASE;
COMPND 3 CHAIN: A, B;
COMPND 5 ENGINEERED: YES;
COMPND 6 OTHER_DETAILS: NY5 ISOLATE
SOURCE MOL_ID: 1;
SOURCE 2 ORGANISM_SCIENTIFIC: HUMAN IMMUNODEFICIENCY VIRUS 1;
SOURCE 6 EXPRESSION_SYSTEM_TAXID: 562
KEYWDS HYDROLASE (ACID PROTEINASE)
EXPDTA X-RAY DIFFRACTION
AUTHOR Z.CHEN
REVDAT 3 24-FEB-09 1HSG 1 VERSN
REVDAT 1 03-APR-96 1HSG 0
JRNL AUTH Z.CHEN,Y.LI,E.CHEN,D.L.HALL,P.L.DARKE,C.CULBERSON,
JRNL TITL CRYSTAL STRUCTURE AT 1.9-A RESOLUTION OF HUMAN
JRNL TITL 2 IMMUNODEFICIENCY VIRUS (HIV) II PROTEASE COMPLEXED
JRNL REF J.BIOL.CHEM. V. 269 26344 1994
JRNL PMID 7929352
REMARK 1
REMARK 3 PROGRAM : X-PLOR
REMARK 3 AUTHORS : BRUNGER
REMARK 3
REMARK 3 DATA USED IN REFINEMENT.
REMARK 3 RESOLUTION RANGE HIGH (ANGSTROMS) : 2.00
REMARK 800 SITE_DESCRIPTION: BINDING SITE FOR RESIDUE MK1 B 902结构部分
DBREF: 数据库的交叉引用信息SEQRES: 形成多聚合物的线性共价相连的化学组分HET: 表述提供了坐标的非标准残基，比如辅基、抑制子、溶剂分子和离子, 第二列如MK1为hetID, 可用于在pymol中提取信息展示select name, resn hetID。FORMUL：表述非标准聚合物外其它成分的化学结构，包括水(用*表示)。 第二列如MK1为hetID, 可用于在pymol中提取信息展示select H2O, resn HOH。HELIX: 标记分子二级结构中螺旋的位置SHEET: 标记分子二级结构中片的位置SITE: 标示特殊残基，比如催化位点、辅因子、反密码子、调节位点或其它 关键位点，也可标示配体的环境信息。这个信息对我们做Docking很重要，随 后会详细描述。 [http://www.wwpdb.org/documentation/file-format-content/format33/sect7.html]CRYST1: 标示晶胞参数、空间群和Z值。这部分可能对我们设置搜索空间有帮助。 [http://www.wwpdb.org/documentation/file-format-content/format33/sect8.html]
DBREF 1HSG A 1 99 UNP P03367 POL_HV1BR 69 167
DBREF 1HSG B 1 99 UNP P03367 POL_HV1BR 69 167
SEQRES 1 A 99 PRO GLN ILE THR LEU TRP GLN ARG PRO LEU VAL THR ILE
SEQRES 7 A 99 PRO THR PRO VAL ASN ILE ILE GLY ARG ASN LEU LEU THR
SEQRES 8 A 99 GLN ILE GLY CYS THR LEU ASN PHE
SEQRES 1 B 99 PRO GLN ILE THR LEU TRP GLN ARG PRO LEU VAL THR ILE
SEQRES 2 B 99 LYS ILE GLY GLY GLN LEU LYS GLU ALA LEU LEU ASP THR
SEQRES 8 B 99 GLN ILE GLY CYS THR LEU ASN PHE
HET MK1 B 902 45
HETNAM MK1 N-[2(R)-HYDROXY-1(S)-INDANYL]-5-[(2(S)-TERTIARY
HETNAM 2 MK1 BUTYLAMINOCARBONYL)-4(3-PYRIDYLMETHYL)PIPERAZINO]-
HETNAM 3 MK1 4(S)-HYDROXY-2(R)-PHENYLMETHYLPENTANAMIDE
HETSYN MK1 INDINAVIR
FORMUL 3 MK1 C36 H47 N5 O4
FORMUL 4 HOH *127(H2 O)
HELIX 1 1 ARG A 87 LEU A 90 1 4
HELIX 2 2 ARG B 87 LEU B 90 1 4
SHEET 1 A 2 LEU A 10 ILE A 15 0
SHEET 2 A 2 GLN A 18 LEU A 23 -1 N ALA A 22 O VAL A 11
SHEET 1 B 4 VAL A 32 GLU A 34 0
SITE 1 AC1 20 ARG A 8 ASP A 25 GLY A 27 GLY A 48
SITE 2 AC1 20 GLY A 49 VAL A 82 ARG B 8 ASP B 25
SITE 3 AC1 20 GLY B 27 ALA B 28 ASP B 29 ASP B 30
SITE 4 AC1 20 VAL B 32 GLY B 48 GLY B 49 ILE B 50
SITE 5 AC1 20 PRO B 81 HOH B 308 HOH B 313 HOH B 444
CRYST1 59.570 87.070 46.710 90.00 90.00 90.00 P 21 21 2 8
ORIGX1 1.000000 0.000000 0.000000 0.00000
ORIGX2 0.000000 1.000000 0.000000 0.00000
ORIGX3 0.000000 0.000000 1.000000 0.00000
SCALE1 0.016787 0.000000 0.000000 0.00000
SCALE2 0.000000 0.011485 0.000000 0.00000
SCALE3 0.000000 0.000000 0.021409 0.00000原子坐标
ATOM: 标记氨基酸或核苷酸的坐标，依次包含原子的标号、原子名字 (三个字符，若有第4个字符标示原子另外的构象)、残基名字、链、 残基在序列的编号(4位数，若有第5位则为残基插入)、原子的坐标(x, y, z)、 occupancy、温度、元素符号。【注：此简易描述只为简单理解PDB文件而写； 若需用程序解析PDB文件，请参照官方文档来设计程序。】TER: 标记一条链的结束。
ATOM 1 N PRO A 1 29.361 39.686 5.862 1.00 38.10 N
ATOM 2 CA PRO A 1 30.307 38.663 5.319 1.00 40.62 C
ATOM 3 C PRO A 1 29.760 38.071 4.022 1.00 42.64 C
ATOM 4 O PRO A 1 28.600 38.302 3.676 1.00 43.40 O
ATOM 5 CB PRO A 1 30.508 37.541 6.342 1.00 37.87 C
ATOM 757 CZ PHE A 99 20.700 32.221 -9.700 1.00 27.25 C
TER 758 PHE A 99
ATOM 759 N PRO B 1 22.659 36.727 -10.823 1.00 48.12 N
ATOM 760 CA PRO B 1 21.708 37.741 -10.269 1.00 43.36 C
ATOM 1513 CE1 PHE B 99 25.450 37.240 6.756 1.00 37.02 C
ATOM 1514 CE2 PHE B 99 25.473 38.988 8.409 1.00 37.11 C
ATOM 1515 CZ PHE B 99 25.658 37.663 8.073 1.00 36.24 C
TER 1516 PHE B 99HETATM: 测定了坐标的非聚合物或非标准分子部分，如水分子、 结合的小分子化合物。
HETATM 1517 N1 MK1 B 902 9.280 23.763 3.004 1.00 28.25 N
HETATM 1518 C1 MK1 B 902 9.498 23.983 4.459 1.00 30.30 C
HETATM 1519 C2 MK1 B 902 10.591 24.905 4.962 1.00 27.27 C
HETATM 1560 C35 MK1 B 902 4.654 23.774 4.136 1.00 49.34 C
HETATM 1561 C36 MK1 B 902 5.905 23.211 3.897 1.00 44.71 C
HETATM 1562 O HOH A 305 20.857 43.192 21.450 1.00 63.07 O
HETATM 1563 O HOH A 307 14.076 19.789 19.440 1.00 63.34 O
HETATM 1687 O HOH B 613 24.127 -10.994 -0.982 1.00 64.49 O
HETATM 1688 O HOH B 617 30.112 17.912 -4.791 1.00 54.09 OCONECT: 标示原子之间的连接，每一列为原子的编号。主要用于HET基团 的连接。这些记录是自动生成的，也是强制性要有的。MASTER: 记录坐标的行数等信息END: 文件结尾
CONECT 1517 1518 1529 1555
CONECT 1518 1517 1519
CONECT 1519 1518 1520 1527
CONECT 1520 1519 1521 1522
CONECT 1561 1556 1560
MASTER 274 0 1 2 17 0 5 6 1686 2 45 16
ENDPDBQT文件
PDBQT文件比PDB文件多两列，在原子坐标的后面增添了原子的局部电荷(partial charges)和AutoDock可以识别原子类型代码。
在利用Vinna做Docking时，受体和配体都要获得PDBQT文件，一般包含下面两部 分信息：
加斯泰格尔原子局部电荷
联合原子模型展示(包括极性氢)，首先对分子加氢然后计算其局部电荷。 任何有氢键结合的非极性重原子的电荷需加上与其连接的氢的电荷，然后移 除这些氢原子。
Gasteiger PEOE partial charges
A united-atom representation (i.e. only polar hydrogens). A united atom representation can be obtained by first computing the partial charges for an all-hydrogen model of the molecule. Then, for each non-polar heavy atom that has any hydrogens bonded to it, the partial charge of the hydrogen should be added to that of the bonded heavy atom, then this hydrogen atom can be deleted.)
REMARK 4 XXXX COMPLIES WITH FORMAT V. 2.0
ATOM 1 N PRO A 1 29.361 39.686 5.862 1.00 38.10 -0.038 N
ATOM 2 HN1 PRO A 1 28.682 40.038 5.187 1.00 0.00 0.280 HD
ATOM 3 HN2 PRO A 1 29.784 40.592 6.064 1.00 0.00 0.280 HD
ATOM 4 CA PRO A 1 30.307 38.663 5.319 1.00 40.62 0.259 C
ATOM 5 C PRO A 1 29.760 38.071 4.022 1.00 42.64 0.259 C
ATOM 6 O PRO A 1 28.600 38.302 3.676 1.00 43.40 -0.271 OA
TER 923 PHE A 99
ATOM 923 N PRO B 1 22.659 36.727 -10.823 1.00 48.12 -0.038 N
ATOM 924 HN1 PRO B 1 23.408 37.118 -11.394 1.00 0.00 0.280 HD
ATOM 925 HN2 PRO B 1 23.268 36.295 -10.128 1.00 0.00 0.280 HD
ATOM 926 CA PRO B 1 21.708 37.741 -10.269 1.00 43.36 0.259 C
ATOM 1844 CZ PHE B 99 25.658 37.663 8.073 1.00 36.24 0.000 A
TER 1845 PHE B 99PDBQT中的原子类型
| 原子类型 | 解释 |
|---|---|
| H | Non H-bonding Hydrogen |
| HD* | Donor 1 H-bond Hydrogen |
| HS | Donor S Spherical Hydrogen |
| C* | Non H-bonding Aliphatic Carbon |
| A* | Non H-bonding Aromatic Carbon |
| N* | Non H-bonding Nitrogen |
| NA* | Acceptor 1 H-bond Nitrogen |
| NS | Acceptor S Spherical Nitrogen |
| OA* | Acceptor 2 H-bonds Oxygen |
| OS | Acceptor S Spherical Oxygen |
| F | Non H-bonding Fluorine |
| Mg | Non H-bonding Magnesium |
| MG | Non H-bonding Magnesium |
| P | Non H-bonding Phosphorus |
| SA* | Acceptor 2 H-bonds Sulphur |
| S | Non H-bonding Sulphur |
| Cl | Non H-bonding Chlorine |
| CL | Non H-bonding Chlorine |
| Ca | Non H-bonding Calcium |
| CA | Non H-bonding Calcium |
| Mn | Non H-bonding Manganese |
| MN | Non H-bonding Manganese |
| Fe | Non H-bonding Iron |
| FE | Non H-bonding Iron |
| Zn | Non H-bonding Zinc |
| ZN | Non H-bonding Zinc |
| Br | Non H-bonding Bromine |
| BR | Non H-bonding Bromine |
| I | Non H-bonding Iodine |
AutoDock中配体可以为柔性结构，使用torsion tree来代表配体中固定的和可
选择的部分。在这个树中，有一个根，多个分支，其中分支可以嵌套。每一个分
支代表一个可以选择的键。在PDBQT文件中表示如下：
ROOT记录标记分子刚性部分的起始。刚性root包含一个或多个PDBQT-格式的
ATOM或HETATM记录。这些记录与其在PDB文件中的含义类似, 只是在最后2列增加了电荷信息和原子类型信息。【注：这个文件的解析请见参考资料中的英文文档，此中文介绍只是为了方便理解】ENDROOT记录标记配体刚性部分的结束。ROOT/ENDROOT原子块一般出现在PDBQT文件中的首部。如果我们想把配体的某部分作为刚性处理，则在其前后加上ROOT/ENDROOT标签即可。配体可选择部分包含于
BRANCH/ENDBRANCH记录中间。BRANCH和ENDBRANCH记录行包含两个空格分开的数字，代表可旋转的键连接的第一个和第二个原子的编号。BRANCH/ENDBRANCH记录中间的记录旋转键中间的ATOM/HETATM记录。另外BRANCH/ENDBRANCH记录可以嵌套。配体PDBQT文件的最后一行为
TORSDOF记录。这个记录包含一个整数，代表配体自由扭转度，这一值不依赖于可旋转的键的数目，而是取决于前述记录。【注:最后半句未理解，选择直译，请参照原文理解】
REMARK 14 active torsions:
REMARK status: ('A' for Active; 'I' for Inactive)
REMARK 1 A between atoms: N1_1517 and C31_1559
REMARK 2 A between atoms: C2_1519 and C3_1520
REMARK I between atoms: C3_1520 and N2_1522
REMARK 4 A between atoms: N3_1528 and C10_1531
REMARK 13 A between atoms: C23_1549 and O4_1550
REMARK 14 A between atoms: C31_1559 and C32_1560
ROOT
HETATM 1 N1 MK1 B 902 9.280 23.763 3.004 1.00 28.25 0.146 N
HETATM 2 C1 MK1 B 902 9.498 23.983 4.459 1.00 30.30 0.282 C
HETATM 6 C9 MK1 B 902 10.440 23.182 2.493 1.00 27.47 0.274 C
ENDROOT
BRANCH 1 7
HETATM 7 C31 MK1 B 902 8.033 23.100 2.604 1.00 36.25 0.278 C
BRANCH 7 8
HETATM 8 C32 MK1 B 902 6.666 23.739 2.876 1.00 42.75 0.028 A
HETATM 9 C36 MK1 B 902 5.905 23.211 3.897 1.00 44.71 0.001 A
HETATM 10 C35 MK1 B 902 4.654 23.774 4.136 1.00 49.34 0.018 A
HETATM 11 C34 MK1 B 902 4.207 24.839 3.348 1.00 50.60 0.072 A
HETATM 12 N5 MK1 B 902 4.911 25.430 2.300 1.00 51.38 -0.351 N
HETATM 13 C33 MK1 B 902 6.158 24.808 2.124 1.00 47.41 0.070 A
HETATM 14 H5 MK1 B 902 4.567 26.208 1.737 1.00 0.00 0.166 HD
ENDBRANCH 7 8
ENDBRANCH 1 7
TORSDOF 14软件安装
Windows下软件安装
AutoDock Vina http://vina.scripps.edu/download.html，下载双击安装
AutoDockTools http://mgltools.scripps.edu/downloads, 下载双击安装
PyMOL http://www.pymol.org，申请教育版，双击安装
下载 http://sourceforge.net/projects/openbabel/files/openbabel/2.4.1/OpenBabel-2.4.1.exe/download，双击安装
Linux下软件安装
#First make sure "~/bin" is in "PATH"
#AutoDock Vina
wget http://vina.scripps.edu/download/autodock_vina_1_1_2_linux_x86.tgz
tar xvzf autodock_vina_1_1_2_linux_x86.tgz
ln -s `pwd`/autodock_vina_1_1_2_linux_x86/bin ~/bin
#AutoDockTools
wget http://mgltools.scripps.edu/downloads/downloads/tars/releases/REL1.5.6/mgltools_x86_64Linux2_1.5.6.tar.gz
tar xvzf mgltools_x86_64Linux2_1.5.6.tar.gz
(cd mgltools_x86_64Linux2_1.5.6/; ./install.sh)
ln -s `pwd`/mgltools_x86_64Linux2_1.5.6/bin/pmv ~/bin/pmv
ln -s `pwd`/mgltools_x86_64Linux2_1.5.6/bin/adt ~/bin/adt
ln -s `pwd`/mgltools_x86_64Linux2_1.5.6/bin/vision ~/bin/vision
ln -s `pwd`/mgltools_x86_64Linux2_1.5.6/bin/pythonsh ~/bin/pythonsh
ln -s `pwd`/mgltools_x86_64Linux2_1.5.6/MGLToolsPckgs/AutoDockTools/Utilities24/prepare_ligand4.py ~/bin
sed -i '1 s/python/pythonsh/' ~/bin/prepare_ligand4.py
ln -s `pwd`/mgltools_x86_64Linux2_1.5.6/MGLToolsPckgs/AutoDockTools/Utilities24/prepare_receptor4.py ~/bin
sed -i '1 s/python/pythonsh/' ~/bin/prepare_receptor4.py
#PyMOL
尚未尝试编译
#Babel
yum install openbabel-2.2.3-1.el6.x86_64其它可用的软件
Docking整合平台 https://sourceforge.net/projects/pyrx/
用到的文件列表
原始文件
1hsg.pdb 蛋白小分子晶体结构
1OHR.pdb 蛋白小分子晶体结构
处理后文件
1hsg_prot.pdb 提取的蛋白结构
indinavir.pdb 提取的小分子结构
1hsg_prot.pdbqt 转换后的蛋白结构
indinavir.pdbqt 转换后的小分子结构
1hsg_indinavir_dockingResult.pdbqt 上面两个分子的docking结果
1hsg_prot_all_h.pdbqt 转换后的蛋白结构(加所有的氢)
1hsg_prot_all_h.pdbqt 转 52 29849 52 15535 0 0 3508 0 0:00:08 0:00:04 0:00:04 3508换后的小分子结构(加所有的氢)
1hsg_indinavir_dockingResultAllH.pdbqt 上面两个分子的docking结果
1hsg_indinavir_original_tutorial_result.pdbqt 原始教程中docking结果
参考
Detailed tutorial http://sbcb.bioch.ox.ac.uk/users/greg/teaching/docking-2012.html
Detailed command line tutorial (not read yet) http://sebastianraschka.com/Articles/2014_autodock_energycomps.html#1-preparing-a-protein
官方文档 http://vina.scripps.edu
PyMOL操作手册 https://pymolwiki.org/index.php/Practical_Pymol_for_Beginners
PyMOL APBS https://pymolwiki.org/index.php/APBS
PDBQT文件格式解释 http://autodock.scripps.edu/faqs-help/faq/what-is-the-format-of-a-pdbqt-file
APBS使用文档http://www.poissonboltzmann.org/examples/comp_tut/
本文理论部分总结自http://www.docin.com/p-93380394.html
AutoDock 4 for virtual screening http://autodock.scripps.edu/faqs-help/tutorial/using-autodock4-for-virtual-screening/UsingAutoDock4forVirtualScreening_v4.pdf
http://blog.sina.com.cn/s/blog_602a741d01010yhk.html
http://people.pharmacy.purdue.edu/~mlill/software/pymol_plugins/tutorial.shtml
http://bioms.org/thread-58-1-1.html
http://www.docin.com/p-1324133758.html
PyMOL script https://pymolwiki.org/index.php/Displaying_Biochemical_Properties
Hydrogen bonds http://pldserver1.biochem.queensu.ca/~rlc/work/pymol/
Hydrogen bonds http://blog.sciencenet.cn/blog-950202-728312.html
PyMOL中文文档 http://wenku.baidu.com/view/770dc281b52acfc788ebc949.html
Hydrophobic surface http://www.protein.osaka-u.ac.jp/rcsfp/supracryst/suzuki/jpxtal/Katsutani/en/hydrophobicity.php
PyMOL scripts http://rosettadesigngroup.com/blog/10/pymol-scripts/