DS2.1教程
介绍
用户界面和鼠标 UI and mouse
打开并游览数据 opening and viewing a data
组合库设计
枚举组合库 enumerate library
Pareto optimization of a combinatorial subset library
药效团Pharmacophore
创建药效团（基于结构）creating pharmacophores (structure-based) 配体分析器ligand profiler
通用特征药效团生成common feature pharmacophore generation
创建和使用基于片段的药效团creating and using fragment-based pharmacophores 创建特定特征 creating custom features
蛋白质同源模建 protein modeling
同源模建细胞外淀粉酶
Loop 构建Looper with antibodies ZDOCK
定量构效关系 QSAR
建立一个QSAR方程building a QSAR equation
受体配体相互作用 Receptor-ligand interaction
使用libdock完成小分子对接Docking small molecules with libdock
模拟 Simulation
带有限制体小肽的模拟simulation of a small peptide with restraints (protein simulation) 在最小化之前之后，使用能量计算协议（QM-MM）计算能量去测定活力，rank order pose和比较energies using the calculate energy （QM-MM）protocol to determine energies，rank order poses and compare energies before and after minimization
静电势计算 Electrostatics
泊松玻尔兹曼——有限差分 计算蛋白质离子化和残基的pK 计算电势 计算溶剂化能
开发客户端Developer Client
1
DS教程 By RedSky In SDU
用户界面和鼠标教程
需要数据文件：1TPO.pdb 和 1BVN.pdb 背景
可视化和基本的结构分析工具在生物和生化系统中是很重要的。DS为可视化提供了一个交互环境和一大堆用于结构表征和分析的工具。 介绍 教程包含
观察一个蛋白质分子 浏览工具栏按钮和鼠标
3D Window 和 Sequence Window的使用 2D和3D Plots
观察一个蛋白质分子 Viewing a protein molecule
从文件浏览器中，打开1TPO.pdb。
DS在3D Window的图形界面Graphics View打开一个 1TPO.pdb。
你也可以通过把文件拖动到DS窗口中打开文件。你也可以讲不同的文件拖动到同一个窗口，这在你想在同一个窗口同时处理多个分子是非常有用的。
浏览工具栏按钮和鼠标
选择：可以通过这个选择一个分子或者分子中的某些原子或基团。
旋转：可以用于旋转分子，按转shift 可以绕Z轴旋转。在平移和缩放的过程中，可以通过按住鼠标右键进行旋转。
平移：允许你在3D window图形界面平移结构。单击并拖动可以在XY平面上平移该结构。按住SHIFT键，拖动可以在Z轴方向上平移该结构。
缩放：通过缩放你可以放大或缩小结构。向上拖动为放大，向下拖动为缩小。你也可以通过鼠标滚轮来实现该功能。
NOTE 在旋转、平移或者选择模式下按住CTRL可以允许你改变你所选择的原子的位置。
按CTRL +Z可以撤销上次操作。
单击 Select 工具按钮在View工具栏。在图形界面Graphics View单击一个原子，选择该原子。在选中该原子的时候，双击选中的原子可以选择该原子所在的基团。再通过双击基团，选择该基团所在的肽链。
你也可以通过CTRL+H打开等级界面Hierarchy View，或者通过 View|Hierarchy 从菜单打开。
TIP 你可以取消选择通过单击其他原子或单击一个空白区域在图形界面Graphics View 选择其他。
2
DS教程 By RedSky In SDU
改变显示方式
点击1TPO-3D Window激活它。打开View | Display Style工具栏。
TIP在1TPO-3D Window激活的情况下可以直接通过 CTRL + D 或者在窗口中右击鼠标选择Display Style来打开 Display Style 对话框。
在Display Style 对话框中，单击 Atom 选项，从Display style 控制组中选择Ball and stick。单击Protein 选项卡，从Display style 控制组中选择 Solid ribbon。最后点击OK 键就可以完成你的设置。
TIP你可以利用Graphics View Display Style 根据蛋白质中原子和残基的大量的不同性质来改变颜色。
复制、粘贴、删除对象
系统中的元素可以被复制、粘贴和删除通过快捷键或者菜单栏中Edit的选项。
在Hierarchy View 中选择Water 然后按Delete 便可以删除蛋白质结构的水分子。你也可以通过Edit 的Delete删除该水分子。这样方便我们有利于我们观察蛋白质的结构。在每个PDB中，Water都是独立成链的。
TIP 对于任何一个蛋白质结构没有水分子都是错误的。水分子是该蛋白质维持其稳定构想所必须的。
浏览视图
在Hierarchy View中你可以通过 + 和 –来展开或者缩回等级目录。
TIP你可以通过 Hierarchy View 来选择原子等级和标记重要的原子或者基团。（例如 疏水基团）
如果数据表Data Table没有打开，你可以在菜单中选择 View | Data Table 或者通过CRTL+T来打开。浏览数据表 Data Table 中的数据并注意它同Hierarchy View在组织上的联系。（例如cell 和 molecule level）。单击在Data Table 的Molecule 选项卡
序列窗口 Sequence Window和3D Window
打开序列窗口
如果你已经关闭了3D window，请重新打开1TPO.pdb文件。
从菜单工具栏中，选择 Sequence| Show Sequence来展示分子的序列。
这样就打开了一个新的允许你查看和操作蛋白质序列的序列窗口。讲Sequence Window 选项卡拖动到3D window 的上方边缘，你就可以同时操作Sequence Window和3D Window。
TIP 你可以根据不同的用途来改变窗口的布局用于展示各种信息。窗口可以被重叠或者相互依靠排列或者隐藏起来。你也可以通过菜单中的View选项来完成各种排布。 点击1TPO的Sequence Window 选项。通过CTRL+D打开 Display Style 对话框。单击Residue 选项，然后单击Color by sequence，接着下拉菜单中选择 Secondary structure选项。单击OK按钮即可。
3
DS教程 By RedSky In SDU
这就可以根据蛋白质的二级结构来改变序列的颜色。
在Sequence Window 中右击并从快捷菜单中选择 Secondary Structure Cartoon 。
这样就可以展示Kabsch-Sander 二级结构。蓝色箭头代表beta折叠，红色圆柱体代表Alpha螺旋。
TIP你可以设定你的嗜好用于打开所用的序列在一个Sequence Window中。通过Edit | Preference 打开Preference对话框，然后在Sequence Window页面中，选择 Add to existing Window 复选框。你可以通过Preference 对话框，根据自己的需要设置各种嗜好。
选择催化三体 To select the Catalytic Triad
讲光标停留在任意Sequence Window的任意一个残基上。 这样残基的ID就会展示在工具提示栏中。
找到并选择催化三体的三个亚基 HIS57 ASP102和SER195
HIS57 ASP 102和SER 195位于Sequence Window 中的40 84 177。如果你选择错了一个残疾你可以使用 CTRL + Z 来撤销上一次操作。
TIP你也可以使用 Hierarchy View 和 Data Table 来选择残基。
Note.
创建一个基团To create a group
点击 1TPO 3D Window 选项，选择催化三体并打开 Edit | Group…打开 Edit Group 对话框。输入Catalytic Triad作为基团名称然后点击Define 按钮。选择 View | Transform | Fit to screen 或者按在View工具栏中将三体置中并缩放到合适大小。
Note.
简化蛋白质和催化三体的展示模式 To simplify the display style of the protein and the catalytic triad
点击屏幕中的任意空白区域取消所有选择。打开 Display Style 对话框，然后在Atom选项中选择None。在Protein选项中保证Display Style设定为Solid ribbon 然后单击OK按钮。 这样就可以只显示蛋白质的solid ribbon rendering。
选择从Hierarchy View 中 Catalytic Triad 基团，然后在Display Style对话框中Atom选项卡选择Stick ，点击OK按钮。
这样在Graphics View 中就可以看到只有HIS 57,ASP 102和SER195为Stick模式，而其他蛋白质部分为ribbon。通过这样设置可以用于展示某些重要的残基。 TIP你讲这种保存为MSV文件。
使用Window | Close All 关闭所用 Window 为下一个教程做准备。
交互浏览3D Window 和Sequence Window To explore the 3D window and Sequence Window interactivity
4
DS教程 By RedSky In SDU
在实际应用中，窗口和窗口间交互使用是非常有用的。
从File Explorer的SAMPLE中打开1BVN.pdb。打开Sequence Window。 在Hierarchy View 中你可以注意到P T P三条链。点击选择第一条P链。 在Sequence Window中选定特定序列。
拉曼图谱和3D Window 的交互使用 To explore the 3D window and Sequence Window interactivity
选择 1BVN 3D Window，从菜单目录 Chart | Ramachandran plot。这样就建立了一个新的Ramachandran Plot。
在Ramachandran Plot 中，在Psi和Phi均在（-60，60）之间的所有残基。
2D 和3D plot
浏览2D plot To explore 2D plot
使用 Window | close All关闭所有窗口，重新打开 1TPO.pdb文件。 利用CTRL+T打开 Data Table View
在Data Table View 中选择Amino Acid 选项 ，讲滚轴拖动到最右边并选择Avg. Isotropic Displacement 一栏。点击 Chart | Line Plot。 这样就可以生成一个plot。 Note.
浏览 3Dplot To explore 3Dplot
点击Chart | 3D plot 打开 3D plot 对话框。选择所需要的数据制作3D plot 即可。
附录一 DS各种快捷键和基本操作预览
5
DS教程 By RedSky In SDU
打开并浏览数据 Opening and viewing data
介绍 Introduction
在这个教程，你将学习到如何可视化分析蛋白质结构。我们讲使用一个人类B2-肾上腺 G蛋白偶联的受体。这个结构是一个通过膜通道介导细胞信号的蛋白质家族中的一个成员。这个蛋白质家族对于细胞的行为有着重要作用，而且是众多药物的靶点。 这个教程包括：
打开一个数据文件 改变display style 保存文件
打开文件 Opening the file
在Files Explorer中，直接打开2RH1.pdb文件或者点击菜单目录中的File | Open URL 并输入2RH1。
改变display style
1. 改变结构的display style
在Graphics View 中，单击右键然后从快捷菜单打开 Display Style 对话框。 在对话框中，在Atom选项中，选择None。单击protein选项，选择Solid ribbon 复选框。按OK按钮。
打开Hierarchy View ，选择A链；打开Display style 对话框，在Atom 选项中选择CPK复选框，按OK键。
选择另外一条A链，并选择CAU408，打开Display style 对话框，在Atom选项中选择 Still and ball 复选框。 2. 改变结构的视角
主要通过 Rotate 、Translate 和 Zoom 来实现。
保存文件 Saving a file File | Save as…或者直接点击
，还可以使用快捷键L + S。
6
DS教程 By RedSky In SDU
胞外淀粉酶的同源模建 Homology modeling of an extracellular amylase protein tutorial
介绍 introduction
在这个教程中，我们将使用一个典型的工作流程使用同源模建的方法构建一个蛋白质的结构。在这个过程中还会介绍一些关于同源模建的方法和步骤。 本教程包括：
准备运行Protocol
通过BLAST Search（DS Server）Protocol 寻找同源结构 分析BLAST结果 打开选定的结构
使用Align Multiple Sequence protocol 进行序列比对 使用MODELER建立一个3D结构 建模得分
使用Profiles-3D protocol 评价3D结构的正确性
准备运行 protocol Preparing to run protocol
打开 P41131.fasta 数据文件
Identifying a homologous structure using the BLAST Search protocol通过BLAST Search（DS Server）Protocol 寻找同源结构
在Protocol管理器，打开Sequence Analysis 文件夹 然后双击 BLAST Search （DS Server）Protocol。
这就打开了参数管理器。
在参数管理器中，点击 Input Sequence 参数并从下拉菜单选择 P41131:P41131。 点击 Input Database 参数并从下拉菜单中选择PDB_nr95。
然后在Protocols工具栏，点击捷菜单中点击Note. Note.
；或使用F5；还可以在protocol游览器点击右键，在快
7
DS教程 By RedSky In SDU
在Jobs 游览器中，双击完成的任务。
在Html 窗口，选择Output Files ，单击 P41131.xml
这就得到通过BLAST 搜查找到的序列。
分析BLAST结果 analyzing the BLAST results
在 P41131 — Blast Window底部，点击并打开Table View。 Table View 一行一行展示了选中的序列。 Note. E-Value越低，结果约好。
点击并打开 Map View。
Map View 包括了一行一序列展示了序列的hit。横条的颜色代表了hit的得分(400以上红色，为最好)。最上方的黑色条纹代表了P41131序列。
把光标停留在条纹上可以得到如下信息
序列的描述 description of the database sequence 序列的连接编号 sequence accession number
每条query sequence 的起始和终止位置。Start and end position of the query sequence Start and end of the database sequence of the hit Hit的长度 the length of the hit Hit的得分 scores for the hit
Map View 可以通过滚轮放大缩小，查看序列。
Note. Map View 和Table View 的序列排列是一致的，在Map View中越靠近上方的query sequence 约好。
打开选定的结构 Locating and opening the selected structure
在这个部分，你将会创建一个P41131序列的蛋白质模型。为了成功创建，一个合适的模型是必须的。一个模型需要完全盖过整条序列的长度，有较高的序列一致度，有一个较好的E-value（小于10e-5）。这个我们可以从刚才的BLAST结果中寻找到合适的模型。
Note.如果该蛋白质序列的真实结晶结构已经被解决，教程中的结果就必须改变。序列一致度必须高于95%。
讲光标停留在Map View 上端的hit。注意这些上端HIT的描述。
Note.使用1HXO作为一个模版因为有良好的序列覆盖，分辨率，和R-free Value 在顶端的四个序列中。同时需要注意的是 PDB_nr95 数据库是一个非冗余数据库。这意味着一个HIT可能代表着是一个相似结构群的命中。因此，你可以拿着BLAST的结果去SOCP数据库或者CATH数据寻找相同匪类作为一个命中。
8
DS教程 By RedSky In SDU
在Map View 或者Table View 中，右击1HXO_A，并选择 Load selected Structure。
点击 P41131 – Sequence Window，然后点击右键选择Insert Sequence | From Windows…. 在对话框中，选择 1HXO_A，然后按OK。这样就成功地讲1HXOA序列添加到P41131 Sequence window。
最后关闭与BLAST有关的窗口。
使用Align Multiple Sequence protocol 进行序列比对
点击P41131 – Sequence Window 窗口。
在状态栏里，我们可以看到两条序列的序列一致度只要5%序列相似度只有19%。因此必须通过序列比对，这两个值都会得到提高。
在Protocol Explorer，在Sequence Analysis 单击里，单击Align Multiple Sequence protocol。 然后在Parameters Explorer，Input Align Sequence选择P41131.然后运行Protocol。
在Jobs Explorer 双击完成的任务。在Html Window Output file，点击P41131.bsml 连接。 这个新的 P41131-sequence Window(1)的状态栏里，我们发现序列一致度达到了39%序列相似度达到了51%，有了很明显的提高。
Note.此外，还可以通过插入gap来提高序列一致度和相似度。这只需要在需要插入gap的位置键入空格即可。或者通过复制粘贴改变序列与gap的相对关系。
使用MODELER建立一个3D结构
在Protocol Explorer，展开Protein Modeling 文件夹，打开Homology Building protocol。
然后在Parameters Explorer里，Input Sequence Alignment 选择P41131-Sequnce Window(1)。展开Input Sequence Alignment，Input Model Sequence 设置为P41131。 在Input Template Structure 选择 1HX0A。根据需要选择Optimization Level。 最后运行protocol即可。
评价一个模型
关闭 P41131-Sequence Window 和P41131 – Sequence Window(1)。 在Job Explorer，双击完成的任务。
点击 1HX0A – 3D Window ,然后从File Explorer，打开Output 文件夹，将P41131.B99990001.msv文件拖到1HX0A- 3D Window.
点击 Build Homology Models – Html Window.在Output Files，点击P41131.bsml连接。
然后切到 1HX0A – 3D Window .在 Hierarchy View，选择 1HX0A。
然后进行结构重叠。从菜单栏里选择 Structure | Superimpose | By Sequence Alignment…
这就打开了 Molecules to superimpose 的对话框。选择P41131.B99990001,然后按OK即可。 关闭 Superimpose By Sequence Alignment – Html Window
切换到 1HXOA – 3D Window，然后在Display Style 设置 展示模式为 Protein Solid ribbon ,
9
DS教程 By RedSky In SDU
Color by Molecule。
从菜单目录里，点击 View | Tile Molecule in View
打开Data Table。在Data Table View，点击 Amino Acid 须向。选择 PDF Total 一栏。 然后Chart | Line Plot
由于1HXO A 没有PDF Total数据，所以它的图为一条直线。关闭1HXO Line Plot。
从 P41131的Line Plot 上我们可以看到只有一个峰超过了200。选中这个残基。出现这种情况只要是由于序列比对结果不好形成的。
这也证明了1HXOA并不是P41131的最好模型。因此建模时可以采用多个模型。
关闭 P41131 – Window 和 Line Plot
使用Profiles-3D protocol 评价3D结构的正确性
点击 1HXOA – 3D Window。
在Hierarchy View，选择 1HXOA 模块。右击并选择Hide。
观察P41131.B99990001可以看到其条带粗细是由PDF Total所决定的。
在Protocol Explorer | Protein Modeling | Verify Protein (Profiles 3D). 参数设置如下 Input Protein Molecules 1HXOA:P41131:B99990001
打开Report | Output files | P41131:B99990001.msv 条带颜色根据得分来标记： 红色代表低于平均值 白色代表平均值 蓝色代表高于平均值
选择 Data Table View | Amino Acid | Verify Score 一栏 打开 Chart | Line Plot
10
DS教程 By RedSky In SDU
End.
11
DS教程 By RedSky In SDU
Loop构建 Looper with antibodies
背景Background
Loop 修饰主要用于实验数据缺失的蛋白结构的Loop构建和同源模建时Loop构建不够好需要重修构建的情况。
介绍 Introduction
在这个教程中，我们见构建并修饰一个H3 loop。我们使用的蛋白是黑色素瘤抗原抗体片段 MK2-23(PDB ID : 2aab)。由于教程需要，我们事先删除了H3 loop 教程主要包括
构建丢失Loop并使用 Loop Refinement protocol修饰Loop Loop构象的聚合分析 RMSD证明
构建丢失Loop并使用 Loop Refinement protocol修饰Loop Construction of the missing loop and refinement using the Loop Refinement protocol
1. 打开一个3D Window To open a 3D Window
从Files Explorer打开 2aab_H3_missing.pdb文件。
在原始结晶结构中，H3 loop 和抗体残基 TYR97/VAL 98、GLY99、TYR100、HIS 100A、HIS 100B 和ARG100C 相连
2. 确定H3 loop 的插入位点 To Locate the insertion point for the H3 loop
选择Hierarchy View | H chain | ASN 96 在View toolbar 处，点击 Fit to Screen 3. 插入H3 loop To insert the H3 loop、
Tools Explorer | Protein Modeling | Choose Build Action | Insert After
Choose Amino Acid tools group | Specify…
在弹出的文本框中输入 YVGYHVR 然后单击OK。
这样就完成了一个Loop 的插入。在Hierarchy View中可以看到新插入的序列编号为 TYR96A VAL96B GLY96C TYR96D HIS96E VAL96F ARG96G
Tip 你可以通过 Protein Reports and Utilities tool panel | Renumber Sequence 重新编号 4. 建立H3 loop的修饰 To set up the refinement of the H3 loop
Tools Explorer | Forcefield Force field : CHARMm Polar H 单击Apply Forcefiled。 5. Loop Refinement protocol
12
DS教程 By RedSky In SDU
选择Hierarchy View | H | TYR96A ~~ TRP100D
Note.多选择一个残基（TRP100D）主要是为了保证ARG96G和TRP100D的结合肽键在Loop构建之后保证构想合理。
打开Protocol explorer | Protein Modeling | Loop Refinement 参数设置如下
Input Typed Protein Molecule : 2aab_H3_missing Loop : H:TYR96A-H:TRP100D
运行protocol。
Dual CPU T2370 @ 1.73 GHz 用时 1:40:03 6. 浏览结果 To view the results
在Jobs Explorer 中打开结果，在Html Window 打开 ViewResults.pl 连接。 这个Perl 打开了一个Table Browser 。
CTRL+H打开 Hierarchy view。展开 在Hierarchy View 中你还可以看到两个未展示的结构：2aab_H3_missing 和2aab_H3_missing.input 在Hierarchy View中，打开其他的loop 构象。 7. 浏览loops 删除2aab_H3_missing.input。并储存2aab_H3_missing.pdb Loop构象的聚合分析 cluster analysis of the loop conformations 1. 执行H3 loop骨架原子集群To perform the clustering on the backbone atoms of the H3 loop 用于分析分子动力学轨迹的protocol也可以用于创建loop构象的系统树（dendrogram）并鉴定哪个loop更重要。 File Explorer 打开 2aab_cluster.msv。 在Hierarchy View 展开H链，选择 TYR96A~TRP100D。 从菜单目录，选择 Edit | Select…. 在对话框中，点击 Group 复选框并从下拉菜单中选择 Sidechain。 点击Deselect，然后Close。 这样以来我们就只选择了，这条肽链的骨架。 13 DS教程 By RedSky In SDU 2. 运行Analyze Trajectory protocol 进行聚合分析 To set up and run the Analyze Trajectory protocol for the cluster analysis Protocol Explorer | Simulation | Analyze Trajectory 参数设置如下 运行。 3. 利用交互系统树（dendrogram）进行聚合分析 打开任务 Html Window | Output File | RMSD to Conf.pl 在系统树中，我们可以看到和Index-2在同一枝上的有13、22、3、4、5。你将在最后一步使用这些结构。 4. 保存选中loop构象进行进一步分析 To Save the selected loop conformations for further analysis 在File Explorer 中，Input 里打开2aab.in.msv文件 然后在 Hierarchy View ，选择Index-1 在对话框中，键入原始loop2aab_h3-loop_00.pdb，文件类型选择 Protein Data Bank Files。 点击保存。 然后依据下表重复操作。 14 DS教程 By RedSky In SDU RMSD validation 1. 打开RMSD validation 打开File | Open URL，在PDB ID 文本框中输入2aab。 这就直接从PDB打开了 MK2-23抗体片段的结构。 File | Insert From | File…，打开loop files，打开2aab_h3-loop_00.pdb, 2aab_h3-loop_01.pdb, 2aab_h3-loop_02.pdb, 2aab_h3-loop_03.pdb, 2aab_h3-loop_04.pdb, 2aab_h3-loop_12.pdb, 2aab_h3-loop_21.pdb,点击开始。 2. 计算RMSD To perform the RMSD calculation Hierarchy View | H ,选择 TYR97~TRP100D Structure | RMSD | Biopolymer Structuresv..v. 在Biopolymer Structure 对话框中。选择2aab作为参考模型。在Calculate RMSD for the molecules 控制组中，选择除了2aab外的所有模型。 点击Selected residues 按钮指计算H3-loop的RMSD背离。 在Amino Acids中选择 C-Alpha 和Main-chain。 点击Ok。 这就完成了RMSD的计算了。 End. 15 DS教程 By RedSky In SDU ZDOCK 背景Background ZDOCK是一个基于Fast Fourier Transform correlation technique的蛋白质刚体对接算法。它用于展示蛋白-蛋白的旋转和平动空间 。在ZDOCK结尾，ZRANK可以使用一个基于实验能量的方程用于评价ZDOCK的输出，并根据接口残基的RMSD给出最好的结果。RDOCK是一个基于CHARMm的能量最小化用于修饰和给结合位点打分程序。 介绍 Introduction 在大多生物系统中，很多重要生物功能的运行都是通过蛋白质的相互作用来实现的。例如抗原抗体的相互作用。蛋白质结构上的相互作用为我们了解它的功能提高了很重要的提示并且可以用于设计新的蛋白质用于治疗或者其他目的。在知道蛋白质的结构以后，我们可以通过计算预测他们的构象。 牛 beta-胰蛋白酶可以与胰蛋白酶抑制剂相互作用，而且这两个蛋白质的结构已经通过实验澄清了（胰蛋白酶PDB ID 2ptn 、胰蛋白酶抑制剂 PDB ID 2sta I 链 ）。在这个教程中，我们使用ZDOCK利用蛋白质对接将预测beta-胰蛋白酶的对接构象和它的抑制剂。牛Beta胰蛋白酶和抑制剂 CMTI-I蛋白复合体的X衍射结晶结构已经测的。在教程最后，我们将使用X-ray结果同预测结果进行比较。 这个教程包括 运行ZDOCK 分析ZDOCK结果 使用RDOCK修饰对接位点 使用RMSD分析对接残基 运行ZDOCK Setting up a ZDOCK run 1. 在一个窗口中打开受体和配体 打开2ptn.pdb文件，再讲2sta_I.pdb拖到同一个窗口即可。 2. 打开ZDOCK protocol并修改参数。 Protocols explorer | Protein Modeling | Dock Proteins 参数设置如图 一般来说，当受体蛋白越大的时候，选择配体越小。 3. 运行计算并浏览结果 F5，等待完成。 Pentium 4 2Gb RAM 2.8GHz 15分钟 16 DS教程 By RedSky In SDU 分析ZDOCK 结果Analyzing ZDOCK results 1. 浏览靶点聚合 To visualize the clustering of poses 打开Job Explorers | Output files | ZDockResults.msv ZDockResults.msv文件包含了输入蛋白的关于靶点密度和靶点的信息。小球表示每个聚合的中心并且根据ZRANK得分来表示。（红色最好，蓝色最烂）每个聚合中的靶点都使用小球来表示，但是在默认条件下是隐藏的。 蛋白质的表面的颜色也是根据作用靶点的密度来标示的。 Note.为了加快加载，在默认条件下，蛋白质表面并没有被显示。可以在Hierarchy View中打开。 在Hierarchy View 展开 Docked Poses 和Clusters。 Cluster_1是最大的一个Cluster，紧随其后的Cluster一次减小。那些60以后的Cluster都列入了unasigned组。 Data Table，点击ProteinPose选项。 这展示了ZDOCK运行后产生的有关数据： ZDock Score——包括每一个靶点的得分。 ZRank Score——包含每一个靶点的ZRankScore得分，第一个靶点的得分最低（最好）。 Rank ——根据ZRank Score 得到靶点等级排布序列。如果没有没有执行ZRank，就根据ZDOCK score 来排列。 Cluster 包含了每个cluster 的所有靶点。如果这些靶点排名在60以外就会被安排到2001cluster。 ClusterSize 显示了每个cluster 的靶点数目。 Density 代表在cluster中相邻靶点的数目。 更多的细节可以参考DS Help 的the clustering and analysis docked protein poses。 Tools Explorer | Analyze Docked Proteins | Display | Show Full Docked Complex Tools Explorer | Analyze Docked Proteins | Clustering | Show Cluster Center 通过以上两个操作，我们可以切换显示所有靶点或者中心靶点。 2. 绘制得分和靶点聚合的图谱 To plot the scores and clustering of poses 在Hierarchy View | Cluster 中，选择Cluster 1~Cluster 60，并点击 Data Table | Protein Pose 打开Chart | Point Plot，选择cluster为X轴，ZRank Score 为Y轴。然后单击OK。可以得到如下的point plot。 17 DS教程 By RedSky In SDU 可以发现得分最低（最好）的是cluster 2.这个第二大的Cluster用于最低的能量。但是事实上这个得分最好的cluster经常可能不是最好的预测。当然在最好的几个模型中都是较好的预测。 现在我们利用同样的方法，把ZDock Score 作为Y轴，可以看到这次Cluster 2得分最高。 事实上这个两种得分并没有太大的区别。 3. 展示所有的结合蛋白靶点的复合体To display the full complex of the docked protein poses 打开ZDockResults – 3D Window 窗口。 选择Hierarchy View | Cluster 2。 点击Tools Explorer | Analyze Docked Proteins | Show Full Docked Complex 这样在窗口处便可以看到整个靶点对接复合物。 点击Tools Explorer | Analyze Docked Proteins | Show Next Docked Complex展示下一个对接复合物。 同样也可以利用Show Previous Docked Complex显示上一个对接复合物。 4. 计算选中的靶点的RMSD To calculate the RMSD 点击Hierarchy View | Pose1_2ptn 点击Tools Explorer | Analyze Docked Proteins |RMSD | Identify Binding Interface，选中对接面上的残基。 点击Define RMSD Reference ，这样就在Hierarchy View 中建立了一个叫做 Pose 1 POSE_RMSD_REFRERENCE的Group。这个Group将用于计算这个靶点RMSD。 点击Calculate Binding Site RMSD(ZDOCK) 这样就在Data Table | Pose 1 POSE_RMSD_REFRERENCE | Protein Pose 添加了RMSD一栏。 5. 计算实验室测得符合结构1ppe的RMSD To calculate the RMSD of the poses to experimentally determined complex structure 1ppe File | Insert From | URL 在PDB ID中输入 1ppe，点击Open按钮。 在计算RMSD计算之前，这些靶点和1ppe必须根据受体蛋白进行重叠。 打开Sequence Window。 ZDockRsultes-3D Window 展开 选择 1ppe的E链。 通过Tools Explorer | Analyze Docked Proteins |RMSD | Define Receptor定义E链为受体。 Identify Binding Interface Define RMSD Reference Calculate Binding Site RMSD(ZDOCK) 18 DS教程 By RedSky In SDU 同样在Protein Pose 中我们一样可以看到RMSD一栏。你可以看到Cluster2的靶点的得 分最接近1ppe的RMSD值。 使用RDOCK进行对接靶点修饰 Refine docked poses with RDOCK RDOCK主要是通过CHARMm能量最小化对结合表面进行修饰并且可以对最小化后的靶点进行重新打分。它主要提供了两个功能，第一个是最小对接复合物用于把一些明显的错误从刚体对接表面移走。另外一个是那些通过ZRANK选中的靶点是否能够通过RDOCK检验。 1. 运行RDOCK protocol To set up and run the Refine Docked Proteins（RDOCK） protocol 关闭ZDockResults – Point Plot 窗口 打开 ZDockResults – 3D Window 。 Tools Explorer | Field Force 选择 CHARMm Polar H 按 Apply Forcefield Protocols Explorer | Protein Modeling | Refine Docked Proteins (RDOCK) 参数设置如下 其中 Input Poses 为ZScore 为12分的Pose 的Group。 这可以使用ZScore Point Plot 选择，然后按Input Poses 在下拉菜单中选择Creat new Group from selection…。 Note.保持介电常数 Dielectric Constant设置为4.0。在RDOCK CHARMm 能量最小化计算中这个数值将作为介电率被使用。 Pentium 4, 2Gb RAM, 2.8GHz 10min Dual CPU T2370 @ 1.73 GHz 用时 26min 2. 浏览并分析结果 To View and analyze the results 打开 ViewResults.pl 文件。 这些修饰过的靶点会列在一个表格里列出它们通过RDOCK计算得到的能量。 E_elec1 和 E_elec2 通过蛋白质复合物第一次能量最小化和第二次能量最小化得 到的电势能。 E_vdw1 和 E_vdw2 通过蛋白质复合物第一次能量最小化和第二次能量最小化得 到的范德化（非键）能。 E_sol 是通过ACE算法计算得到的蛋白质去溶剂化能。 E_RDock = E_sol + beta * E_elec2，为RDOCK score。 19 DS教程 By RedSky In SDU 在第一次能量最小化之后，那些具有较高的范德华能的（E-vdw1 >10）的复合体被由于有冲突被认为不是最合适的复合体，也不具有好的靶点。 Chart | 3D Point Plot 在对话框中选择，设定X Y Z 分别为 Cluster ， E_vdw1, E_RDock，然后根据ZDock Score标记颜色。 我们可以注意到那些RDOCK Score得分高的靶点都在Cluster2 。这是因为cluster 2的ZRANK score 最好的命中的集合。 3. 浏览修饰后的结构 To view the refined structure 在第一栏（first cell）右击，在快捷菜单中选择 Show structure in 3D Window。 打开Hierarchy View。 在Table Brower 中点击 pose number，添加这些靶点到Graphic View。 Tip.可以在Hierarchy View 中选择是否在Graphic View显示这些蛋白质结构。 4. 选择结合表面的残基 To select the interface residues 你可以使用分析ZDOCK结果相同的方法来鉴别结合表面。 在Hierarchy View 中，展开一个Pose，选择 Tools Explorer | Analyze Docked Proteins先 Define Receptor 然后 Identify Binding Interface 使用RMSD分析结合面的残基Analyzing the binding interface residues using RMSD 在这一部分我们讲使用修饰过的结合靶点同蛋白质复合体的结晶结构1ppe进行比较。因此本章可以跳过。 1. 讲1ppe插入到Graphics View To insert PDB 1ppe into the Graphics View 20 DS教程 By RedSky In SDU File | Insert From | URL 对话框中PDB ID 中输入 1ppe，点击Open。 在Hierarchy View 中，展开 在进行RMSD计算之前，我们必须讲1ppe和蛋白质受体进行重叠。 2. 讲受体同1ppe重叠 To superimpose the poses and 1ppe 在Hierarchy View 中选择 E链。 Edit | Preference 点击 Superimposition 页面，选择 Selected reference residues only，点击OK。 Structure | Superimpose | By Sequence Alignment 在对话框中，在 the molecules to superimpose list选择 poses，点击OK。 在Poses – Table Browse中，选择 1ppe E链。 Tools Explorer | Analyze Docked Proteins | Identify Binding Interface 这样就选择了结合表面的残基了。 3. 计算结合表面残基的RMSD To calculate the binding interface residues RMSD values Structure | RMSD | By Sequence Alignment… 在对话框中，点击Reference ，molecule 为1ppe。 点击Selected residues，清空Report at residue level 复选框。 点击OK。 然后就会出现RMSD Report – Html Window。 这样我们就可以同RDOCK计算得到的RMSD进行比较。 End. 21 DS教程 By RedSky In SDU 建立QSAR方程building a QSAR equation 背景 Background QSAR指的是分子的一些列物理化学通常成为“descriptor”和其生物活性之间的数学关系。QSAR中的descriptor是从分子的拓扑和3D信息获得的。 QSAR可以用于预测一个分子的活性。此外，基于QSAR的结构、性质和生物活性的分析可以有助于理解在特定环境下进行中的反应的本质。 介绍 Introduction 在这个教程中，你将计算一系列水解酶抑制剂的一些性质。这些性质将会使用多元线性回归建立一个QSAR模型。 这个教材包括： 输入一个分子作为测试集 Entering molecules into a training set 计算分子的descriptor calculating molecular descriptors 生成一个QSAR方程 generating a QSAR equation 预测新分子的活性 Predicting the activity of new molecules 使用原始的测试集检验预测 Examining the prediction within the original training set 输入一个分子作为测试集 Entering molecules into a training set 使用分子结构作为一个测试集。有需要的话可以使用building and sketching 工具创建这些结构，或者你也可以通过分子建模工具生成通用文件格式。无论如何， 打开测试集分子To open the training set molecules 在Files Explorer中，找到并打开dbh-mols-w-act.sd数据文件。 在新建的Table Browser Window 打开了47个新分子。 在neg_log_IC50 一栏展示了-log(IC50)。在这个教程中，这一栏数据的使用独立可变。 计算分子的descriptor Calculating molecular descriptors Descriptor——分子的性质将会被计算并用于构建一个新的QSAR方程。分子的空间、电视和拓扑等一系列descriptors都会通过Calculate Molecular Properties protocol机型计算。对于本教程，几个性质会被计算并用于QSAR模型的建立。 Calculate Molecular Properties 用于确定氢键的数量和四个主要的拓扑descriptors（CHI_V_0, CHI_V_1, CHI_V_3_c和SC_3_P） 1. 计算分子的descriptor To calculate molecular descriptors 在Protocols Explorer | QSAR 里，选择 Calculate Molecular Properties。 22 DS教程 By RedSky In SDU 参数设置如下 Tip.在Input Ligands 中，选择，然后在对话框中，选择All Ligands from a Table Browser，并且发现文本框中出现dbh-mols-w-act，然后按OK键。 在Molecular Properties，选择，然后在对话框中，然后勾掉All复选框，一次输入上述五个性质的名称。 关掉所有窗口Window | Close All。 打开任务，并在 Html Window | Output Files 中打开dbh-mols-w-act.sd。 2. 利用计算得到的五个性质建立模型 To use the five calculated properties to build 啊 model Protocols Explorer | QSAR 打开Create Multiple Linear Regression Model。 参数设置如下 关掉所有窗口Window | Close All。 打开任务，并在 Html Window。 生成一个QSAR方程Generating a QSAR equation Create Multiple Linear Regression Model 返回一个线性方程和五个descriptors。这个方程可以用于使用Output Files文件夹中生成的那些文件。 [ MLRTempModel ] = 27.2297164017616 + 0.248217502382907 * [ Num_H_Acceptors ] + 5.63652481417036 * [ CHI_V_0 ] - 15.4863736624133 * [ CHI_V_1 ] + 11.8535576639111 * [ CHI_V_3_C ] - 8.87644596156034e-002 * [ SC_3_P ] 关掉所有窗口Window | Close All。 23 DS教程 By RedSky In SDU 预测新分子的活性 Predicting the activity of new molecules 假如你已经计算出了一个QSAR方程，你就可以使用它去预测未知活性分子的活性。利用QSAR Create Multiple Linear Regression Model 生成的模型直接存在服务器上并且被列入Calculate Molecular Properties protocol中。 1. 打开一个新分子并且预测它的活性 To open a new molecule and predict Its activity 打开dbh02_1.sv。 Protocols Explorer | QSAR ,打开 Calculate Molecular Properties。 参数设置如下： Tip. 在Molecular Properties 对话框中，选择Other 复选框，然后选择MLRTempModel。 运行Protocol。 2. 浏览结果View the results 在Output Files中打开dbh02_1.sd。 可以在Table Brower中，看到新分子的活性为4.534。这个测试分子已经被修饰过。我们把测试集分子dbh92所包含的一个氧原子换成了一个硫原子。这种改变是的这个 24 DS教程 By RedSky In SDU 分子成为更好的抑制剂。 使用原始测试集检验预测 Examining the prediction within the original training set 我们可以使用原始的测试集对dbh02_1预测的IC50进行进一步检验。 1. 打开预测集和原始的分子 To open the training set molecules and the test molecule 关闭所有窗口 Window | Close。 在Job s Explorer中，点击Create Multiple Linear Regression Model。 然后在Files Explorer中，在Output Files右击dbh-mol-w-act.sd，并在快捷菜单中选择Open With | 3D Window. 接着在Jobs Explorer中，点击已经完成的Calculate Molecular Properties。 然后在Files Explorer中，在Output Files将dbh-mol-w-act.sd拖动到3D – Window窗口中。 2. 绘制预测结果To plot the predicted results 如果Data Table 没有打开，打开它。 然后选择，neg_log_IC50和MLRdbhModel两栏。 Chart | Point Plot。 End. 25 DS教程 By RedSky In SDU 使用libdock完成小分子对接Docking small molecules with libdock 背景Background LibDock是一种用于完成小分子和活性受体位点对接的算法。首先，我们必须完成一个热点图（hotspot map）的计算。 介绍Introduction 在这个教程中，你完成胸腺嘧啶激酶受体的一些列配体的对接。 这个教程包括两部分： 准备分子对接体系 分析对接靶点 准备分子对接体系Preparing the molecular systems for docking and performing the docking run 1. 定义受体蛋白质 To define the protein as the receptor 打开1kim_protH.msv文件。 在Hierarchy View 中，展开 在Tools Explorer | Binding Site ，点击Define Selected Molecule as Receptor 2. 找到受体潜在的结合位点 To find potential binding sites in the receptor 在Tools Explorer | Binding Site点击Find Sites from Receptor Cavities。 在Hierarchy View 中，你可以看到一些列的潜在的结合位点。 3. 为结合位点界定范围 To define the sphere from the binding site 在Hierarchy View中，选择 Site 1。 然后在工具栏中，点击Fit To Screen 按钮。 然后在Tools Explorer | Binding Site点击Define Sphere from Selection。 SBD_Site_Sphere将会呈现为好色区域。 4. 从5埃到9埃展开界定范围用于接受配体 在Hierarchy View中，选择SBD_Site_Sphere，单击右键，选择Attributes of SBD_Site_Sphere… 然后在对话框中，Radius一栏，输入9。点击OK按钮。 这个半径一栏设置为9。是为了保证它可以覆盖绝大部分的结合位点。 然后在Hierarchy View中，勾掉Site 1。 接着使用CTRL+ T关掉 Data Table。 5. 打开配体文件 To open the ligand file in a Table Browser 打开TK-xray-ligs.sd文件。 26 DS教程 By RedSky In SDU 6. 运行protocol并设置参数 To open the protocol and modify the parameters 在Protocol Explorer，展开 Receptor-Ligand Interactions 并打开 Dock Ligands(LibDock)。 参数设置如下 7. 运行计算并浏览结果 To run the calculation and view the results 开始运行Protocol。 关闭所有窗口 Window | Close All。 如果提示要保存文件，请选择No。 浏览结果 View Results。 这个结果以表格的形式展示了得分最高的靶点。 8. To browse through the the docked pose 打开TK- xray - ligs – Table Browser。然后按CTRL+1关闭Protocols Explorer和Jobs Explorer。 在Graphics View 中，选择 the surface of the binding site sphere。 单击右键选择 Hide。 在Table Browser 中，选择第一行的1e2k。然后在工具栏中，选择Fit to the screen。 在Graphics View 中，单击右键并选择 Receptor-Ligand Hydrogen Bonds。 那些绿色虚线就代表受体和配体之间的氢键。 在Table Browser选择其他Ligand poses。 分析对接靶点 Analyzing docked poses 1. 运行Analyze Ligand Poses To open the Analyze Ligand Poses protocol and modify the parameters Protocol Explorer | Receptor – Ligand Interactions ，打开 Analyze Ligand Poses。 参数设置如图 关闭所有窗口 Window | Close All。 27 DS教程 By RedSky In SDU 2. 运行并浏览结果 To run the protocol and view the results 运行Protocol，打开 View Results。 在Table Browse 中有了四个新的性质被计算了 选择TK – xray – ligs – Table Browser 3. 生成氢键计算的热图 To generate a heat map of hydrogen bond count 选择所有的HBOND count 然后按Chart | Heat Map。 4. 用同样的方法生成 Constant 的热图 5. 查看紧密联系To view close contacts in the Graphics View 选择TK – xray – ligs – Table Browser。 选择row 1. 然后在 Graphics View，单击右键选择 Receptor – Ligand Bumps。 在Graphics View中我们可以看到一些紫色虚线，这些代表的就是紧密联系。 Note.并不是所有的靶点都存在紧密联系。 28 DS教程 By RedSky In SDU 泊松玻尔兹曼——有限差分 原理 DS protocols 中的 Electrostatic Potential，Electrostatic Potential with Focusing，和Solvation Energy 是基于DelPhi这个软件编写的。 为了更好地理解DelPhi中的各种应用程序和参数，掌握计算中的各种方法的基本原理是非常有用的。下面就简单地介绍一下原理和算法，主要有以下九个方面 模型 Models 泊松波尔兹曼方程 Poisson-Boltzmann equation 有限差分近似 Finite difference approximation 静电势 Electrostatic Potential 总的静电能 Total electrostatic energy 静电溶剂化能 Electrostatic salvation energy 激发场能量 Reaction field energy DelPhi的运作 DelPhi implementation DelPhi的局限性 DelPhi是一个用于计算带电分子的静电性质的软件。重要的性质有： φ(r) 空间中任意一点的静电势 q φ(r)空间中带电量为Q的静电能 总的静电能 DelPhI激发场能 其他的一些量均可以通过这些基本性质算出，如溶剂化能（静电贡献）结合能（静电贡献）。所有的这些量都是通过静电势φ(r)得出。 模型 在经典的静电原理中，物质总是被认为均匀相同介电常数物质，可以被电荷所极化。所以介电常数可作为一个ＢＵＬＫ的方法用于衡量物质的极化，而不是明确计算每个原子的极性。这就是所谓的连续模型。 最简单模型要数库仑定律（Coulomb’s law）。 Eq.1 其中Gij为I原子由于原子j所带电荷所具有的静电能。 Eq.2 φi为j原子在i所有的静电势。 虽然库伦定律只适用于具有统一介电常数的无限的介质，但是由于它的计算简易性也经常被用做软件模型。但是大多数生物分子在水中是具有功能的，在这种情况下，水作为溶剂本身比溶质分子内部具有更高的介电常数。因此，如果溶剂分子没有得到明确的处理（be treated explicityly），库仑定律是 a poor approximation of electrostatic interaction。广泛用于大分子静 29 DS教程 By RedSky In SDU 电计算的是隐式溶剂模型（implicit solvent models）。这种模型把水环境作为高介电常数和带电的原子位于分子内部的介电常数较小的溶质大分子有相互作用的的连续体。这些模型中最常用的是用于解决泊松波尔兹曼方程（）的有限差分近似（）。例如DelPhi(Klapper et al., 1986; Gilson and Honig, 1987; Nicholls and Honig, 1991; Rocchia et al., 2002)或者APBS。 泊松波尔兹曼方程 一个分子如蛋白质有较低的介电常数由于他的偶极集团（dipolar group）被固定在一个氢键格（hydrogen bonded lattice）所以不能被外在电场所改变。A value near 2 measure 它的电子极化反应当A value near 4 包括一些来自偶极调整的贡献。另一方面，由于水的两级可以自由调整，所以它有着很高的介电常数（80）。因此，一个分子在水溶液中有着两种不同的介电质。在静电模型中，这种巨大差距的影响是不可忽视的。泊松波尔兹曼模型考虑了溶剂和溶质的介电常数的差距。这使它成为了溶剂化分子的良好的描述模型。 E静电场；D静电分布；ψ(r)；静电势ε(r)；介电常数r；位置坐标(x, y, z)；向量微分算符。 Eq. 2 Eq. 3 电荷密度ρ(r)可以被分为两部分 Eq. 4 Eq. 5 ε =溶剂介电常数 φ = 电势(in units of kT/e) e = 电荷 NA = 阿伏伽德罗常数 I = 离子强度 (moles/liter) 30 DS教程 By RedSky In SDU k = 波尔兹曼常数 T = 温度 κ = 德拜休克尔反向长度Debye-Huckel inverse length 如果电荷密度和离子强度都很小的情况下这个方程可以简化为线性 Eq. 6 将上述公式带入Eq.3，得到泊松波尔兹曼的线性和非线性方程 等于0在分子内部，在溶剂中等于 。 泊松波尔兹曼方程是一个很好的模型，因为它考虑介电常数和离子强度两者的作用。不幸的是，这个方程只有在一些具有简单的介电边缘形状的系统中才能被解析，例如球形和平面。特别要注意的是，对于一个位于坐标参考系原点的点电荷ｑ的线性泊松波尔兹曼方程的解具有德拜休克尔形式： Eq. 9 大部分重要的分子具有复杂的形状，他们的构象对于静电的计算的结果可能有明显的影响。替代分析的解决方案就是利用大量的计算技术找到一个近似解。 有限差分近似finite difference approximation DelPhi利用的是有限差分法求解。这种方法主要是把分子标记（mapping）在三维立方网格中，其中每个网格边距为h。请注意，内部的溶剂可接近表面是指定一个介质，外部的则是另一个。 Figure 1. Two-dimensional mapping of molecule on DelPhi grid 31 DS教程 By RedSky In SDU 网格中的任何一个地方，特别是格点（grid point）都必须满足泊松波尔兹曼方程。如果考虑在各点周围具有ｈ边的立方体，如Fig1 所示；衍生方程可有限差分这个立方体，并连续函数φ ， ρ ， ε可以取代他们在格点的值 利用这种策略就可以获得一个有限差分方程， Figure 2. Cube of side h surrounding grid point 静电势 DelPhi所能计算的最基本的静电性质就是电势。为了考察溶液中对带点分子有贡献的因素，设想一个简单的例子。Figure 1展示了在低介电常数εs的介质中的两个电荷，而介质外面为较高介电常数ε0的介质包围。 溶剂分子和例子对溶液中每个电荷形成的场都会有作用。这种作用包含了偶极dipolar 32 DS教程 By RedSky In SDU reorientation和离子极化，反过来在电荷原来的位置建立了个场，我们称为激发场 （reaction field）。这种场的强度由电荷的带电量、到电介质边缘的距离、边缘的形状和内外介电常数所谓决定。激发场会被体系中的搜有电荷所影响包括激发电荷本身。 每个点电荷额外地产生自身的库伦势（Coulombic potential），根据Eq.2这需要一个无限值在它的位置上。 泊松波尔兹曼的解就是φtotal。这个有限差分方法使电荷 smeared 到网格上(见有限差分近似 Eq.2 电荷密度的值)。这个就有效地避免了无限差分但是提供了基于网格分辨率和分子位置（molecule mapping）的计算工艺。 总的静电势能 系统的总静电势能是可以通过电势计算得到的。 由于泊松波尔兹曼的有限差分解为φtotal。因此Eq.1中的GE的值是很难获得的。但是一个近似的相关值，总的网格能量（The Total Grid energy）却是很容易通过Eq.2计算得到的。上标t+g指的是“总的加上网格的（total plus own grid energy）”，这是一个标示表明φowni还没有被减去在GE如上面Eq.1。如果忽略了网格能量（grid energy），GE是很容易被计算的。静电组成的溶剂化能计算可以使用两个确定网格位置（grid mapping）和同内部介质的计算。在第一步计算中，外部介电常数设定为溶剂介电常数（如水，80）,在第二步计算中它被设定为中空中的介电常数（1）。这两步静电能的差值就是从溶剂转移到真空静电能的改变，也是溶剂化能的静电组成部分。 GE(εs,ε)表示在溶液中体系中，溶质介电常数为εs，溶剂的介电常数为ε的电势能。 由于用的是相同的网格标示而且每个带电的网格也是在相同的内部环境，具有相同的介电常数。φowni是相同的等于两部计算因此可以被忽略。因此： 33 DS教程 By RedSky In SDU 如果你想得到体系中总的静电能，你必须加入the direct Coulombic energy。 静电溶剂化能 DelPhi可以计算静电贡献（the electrostatics contribution）——分子从一个介电质转移到另一个介电质的能量。这个计算需要两个DelPhi运行两个不同介电质中真空状态（the reference state）和溶剂化状态（the solvated）的分子。溶剂化能的求解通常需要两步运算：真空环境（介电常数为1）和盐浓度（salt concentration）为0作为第一步运算，把溶剂介电常数设定为溶剂介电常数的值（如水80）作为第二部。溶剂化能就是DelPhi把溶剂中总的静电能减去真空中总的静电能通过总静电能（Total Electrostatic Energy）的Eq.4作为总的网格能量的差值。请注意，你必须确保在两步计算中，你使用的是相同网格、相同的位置和分子相对于坐标的方向和相同的原子带电量。 对于没有离子强度的体系，静电溶剂化能等于溶液中的激发场能减去真空中的激发场能。 计算物质的溶剂化能只需要运行DS中的Protocol/Solvation Energy即可。 DelPhi的运作 1. 2. 3. 4. 5. Map molecules onto grid Distribute point charges onto grid Define dielectric map and ion exclusion map Set boundary conditions Iteratively calculate potential at each grid point DelPhi的局限性 虽然有限差分近似（finite difference approximation）通常可以得到准确的结果，但是需要注意的是这是个数值近似解析方法。因此，在有些情况下求得的近似值是不可靠的。特别是在接近介电质边缘和chareges （within 1埃）的时候误差是巨大的。虽然在这些点的准确度可以通过利用Fousing来提高，但是你应该意识到这些局限性。 计算蛋白质Pk 1. 打开所需要计算的蛋白质。 2. Tools Explorer | Protein Report and Utilities tools | Clean 3. Tools Explorer | Forcefield 选择CHARMm 或者 CHARMm with Polar H。然后按Apply Forcefield。 4. Protocols Explorer | Electrostatics | Calculate Protein Ionization and Residue pK 参数必须通过查找文献来设置。 34 DS教程 By RedSky In SDU 计算电势 1. 打开所需要计算的蛋白质 2. 加载力场Tools Explorer | Forcefield 选择CHARMm 或者 CHARMm with Polar H。然后 按Apply Forcefield。 3. 应用力场参数Tools Explorer | Electrostatics | Apply Forecefield Parameters 4. 蛋白质带点Tools Explorer | Electrostatics | List Net Charge and Residue Charges 5. Protocols Explorer | Electrostatics | Electrostatic Potential 有关参数必须通过查找文献来设置。 计算溶剂化能 1. 打开所需要计算的蛋白质 2. 加载力场Tools Explorer | Forcefield 选择CHARMm 或者 CHARMm with Polar H。然后 按Apply Forcefield。 3. 应用力场参数Tools Explorer | Electrostatics | Apply Forecefield Parameters 4. 蛋白质带点Tools Explorer | Electrostatics | List Net Charge and Residue Charges 5. Protocols Explorer | Electrostatics | Solvation Energy 有关参数必须通过查找文献来设置。 35 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容