Page 114 - Perdih, Andrej, Katja Lakota, Alja Prah. 2020. Strukture bioloških molekul. Univerzitetni učbenik z recenzijo in navodila za vaje. Koper: Založba Univerze na Primorskem.
P. 114
andrej perdih, katja lakota, alja prah
Programe molekulskega sidranja sestavljata dve skupini algoritmov. Iskalni algoritmi (ang.
search algorithm) skrbijo za nastajanje vedno novih veznih konformacij, cenilne funkcije (ang.
scoring function) pa nastali vezavni geometriji liganda izračunajo pripadajočo energijo afinitete,
ki predstavlja oceno intenzitete interakcij z makromolekulo. Med računanjem geometrije
kompleksa se algoritma dopolnjujeta, tako da cenilna funkcija služi tudi kot kvantitativno
merilo, katere konformacije se bodo prenesle v nov korak procesa sidranja. Rezultat
molekulskega sidranja vedno predstavlja niz po afiniteti razvrščenih (rangiranih) izračunanih
kompleksov ligand/makromolekula (Slika 3B).
AB
Slika 3. (A) Shematski prikaz metode molekulskega sidranja. Iskalni algoritem izračuna možne
orientacije liganda v aktivnem mestu tarče, cenilna funkcija pa oceni ugodnost medmolekulskih
interakcij. (B) Shematski prikaz rezultata molekulskega sidranja - več možnih konformacij,
rangiranih po vrednosti cenilne funkcije.
Večina programov za molekulsko sidranje, AutoDock, e-HITS, DOCK, Glide, GOLD, in drugi, med
računom konformacije kompleksa obravnava ligand fleksibilno in spreminja njegovo
konformacijo, medtem ko je makromolekula statična. To seveda vodi do napak pri določanju
vezavnih poz, ki se jim nekateri programi vsaj delno izognejo z upoštevanjem fleksibilnosti
stranskih verig ali pa dela aktivnega mesta. Zato program za molekulsko sidranje, kot smo
omenili prej, pred rešetanjem knjižnic molekul validiramo in določimo, pri kakšnih pogojih
uspešno reproducira vezavne konformacije ligandov, za katere imamo tudi eksperimentalne
podatke - kristalno strukturo kompleksa. Validacije širokega spektra programov za molekulsko
sidranje so pokazale, da ti programi večinoma uspešno reproducirajo eksperimentalno
določene vezavne geometrije ligandov.
Programi za molekulsko sidranje pri gradnji molekulskega kompleksa uporabljajo predvsem dva
iskalna algoritma. Prvi temelji na konceptu inkrementne konstrukcije, kjer v aktivno mesto
najprej sidramo večji fragment molekule, nato pa z uporabo različnih omejitvenih kriterijev,
bodisi energijskih ali geometrijskih, do konca zgradimo konformacijo molekule v aktivnem
mestu. To si shematsko lahko ogledamo na Sliki 4. Druga pogosta iskalna metoda so genetski
algoritmi, ki poskušajo pri ustvarjanju novih konformacij oponašati principe evolucije in
selekcije, kot so mutacije, cross-over, itd.
114
Programe molekulskega sidranja sestavljata dve skupini algoritmov. Iskalni algoritmi (ang.
search algorithm) skrbijo za nastajanje vedno novih veznih konformacij, cenilne funkcije (ang.
scoring function) pa nastali vezavni geometriji liganda izračunajo pripadajočo energijo afinitete,
ki predstavlja oceno intenzitete interakcij z makromolekulo. Med računanjem geometrije
kompleksa se algoritma dopolnjujeta, tako da cenilna funkcija služi tudi kot kvantitativno
merilo, katere konformacije se bodo prenesle v nov korak procesa sidranja. Rezultat
molekulskega sidranja vedno predstavlja niz po afiniteti razvrščenih (rangiranih) izračunanih
kompleksov ligand/makromolekula (Slika 3B).
AB
Slika 3. (A) Shematski prikaz metode molekulskega sidranja. Iskalni algoritem izračuna možne
orientacije liganda v aktivnem mestu tarče, cenilna funkcija pa oceni ugodnost medmolekulskih
interakcij. (B) Shematski prikaz rezultata molekulskega sidranja - več možnih konformacij,
rangiranih po vrednosti cenilne funkcije.
Večina programov za molekulsko sidranje, AutoDock, e-HITS, DOCK, Glide, GOLD, in drugi, med
računom konformacije kompleksa obravnava ligand fleksibilno in spreminja njegovo
konformacijo, medtem ko je makromolekula statična. To seveda vodi do napak pri določanju
vezavnih poz, ki se jim nekateri programi vsaj delno izognejo z upoštevanjem fleksibilnosti
stranskih verig ali pa dela aktivnega mesta. Zato program za molekulsko sidranje, kot smo
omenili prej, pred rešetanjem knjižnic molekul validiramo in določimo, pri kakšnih pogojih
uspešno reproducira vezavne konformacije ligandov, za katere imamo tudi eksperimentalne
podatke - kristalno strukturo kompleksa. Validacije širokega spektra programov za molekulsko
sidranje so pokazale, da ti programi večinoma uspešno reproducirajo eksperimentalno
določene vezavne geometrije ligandov.
Programi za molekulsko sidranje pri gradnji molekulskega kompleksa uporabljajo predvsem dva
iskalna algoritma. Prvi temelji na konceptu inkrementne konstrukcije, kjer v aktivno mesto
najprej sidramo večji fragment molekule, nato pa z uporabo različnih omejitvenih kriterijev,
bodisi energijskih ali geometrijskih, do konca zgradimo konformacijo molekule v aktivnem
mestu. To si shematsko lahko ogledamo na Sliki 4. Druga pogosta iskalna metoda so genetski
algoritmi, ki poskušajo pri ustvarjanju novih konformacij oponašati principe evolucije in
selekcije, kot so mutacije, cross-over, itd.
114
