课前准备--蛋白蛋白分子对接的位点搜索逻辑（二）

原创

追风少年i

发布于 2026-09-17 08:52:47

370

作者，Evil Genius

这一篇我们需要分析另一个问题，如果的蛋白蛋白对接构象发生了变化一些藏在内部的氨基酸暴漏了出来参与了对接这种情况该怎么计算。

这种情况实际上是蛋白–蛋白诱导契合（induced fit）/构象选择（conformational selection）问题。此时不能简单把两个静态 PDB 做一次 rigid-body docking，因为“内部残基暴露出来后参与界面”正是传统刚体对接容易漏掉的情况。

核心思路是：

先产生蛋白的不同构象 → 找到暴露状态 → 对不同构象分别进行 PPI docking → 比较界面 → 用 MD 验证结合过程中是否发生内部残基暴露和界面形成。

1. 先解释蛋白蛋白对接的诱导契合

例如蛋白 A 初始状态：

Protein A

        ┌──────────────────┐
        │                  │
        │     XXXXX        │
        │    XXXXXXX       │
        │   XXX ● XXX      │
        │    XXXXXXX       │
        │     XXXXX        │
        │                  │
        └──────────────────┘
              ↑
          内部残基

残基 ● 原来被其他残基包围，SASA 很低，甚至接近 0。

发生构象变化以后：

Protein A

        ┌──────────────────┐
        │                  │
        │                  │
        │          ●───────┼──── Protein B
        │                  │
        │                  │
        └──────────────────┘
                   ↑
              新暴露残基

这个时候 ● 可能变成：

solvent accessible
可以与 Protein B 接触
形成 H-bond
salt bridge
hydrophobic interaction
van der Waals interaction

这就是需要重点计算的东西。

2. 第一件事不是 docking，而是“构象采样”

如果只有：

A.pdb
B.pdb

不要直接：

A + B → docking

而应该：

A
│
├── conformation 1
├── conformation 2
├── conformation 3
├── conformation 4
├── ...
└── conformation N

然后 Protein B 也可以有多个构象：

B
│
├── B1
├── B2
├── B3
└── ...

于是实际上变成：

A1 ──┐
A2 ──┤
A3 ──┤
A4 ──┼── Protein–Protein docking
...  │
An ──┘

这就是比较合理的ensemble docking（集合对接）。

3. 怎么获得这些“内部残基暴露”的构象？

最常用的方法就是：

MD simulation

例如：

初始结构
   ↓
Energy minimization
   ↓
NVT
   ↓
NPT
   ↓
Production MD
   ↓
获得 1000s–100000s snapshots

例如：

MD trajectory

Frame 1       Frame 500       Frame 1000       Frame 2000
   │              │               │                │
   ↓              ↓               ↓                ↓

 buried         buried          exposed          exposed

于是可以从 MD trajectory 中找到：

“这个残基什么时候从 buried 变成 exposed？”

4. 最关键的指标：SASA

最推荐首先计算：

SASA = Solvent Accessible Surface Area

例如残基：

A:TYR120

MD 前：

SASA = 2.1 Å²

MD 后：

SASA = 18.7 Å²

那么说明：

Tyr120 周围的蛋白构象发生变化，使其逐渐暴露于溶剂。

可以进一步定义：

SASA(t)

画成：

SASA
 ↑
 │                    ______
 │                  /
 │                /
 │______________/
 │
 └────────────────────────→ time
                  ↑
              residue exposed

这个非常适合证明“内部残基暴露”。

5. 但是仅仅 SASA 增加还不够

这是一个非常重要的地方。

假设：

Tyr120

SASA:
2 Å² → 20 Å²

只能说明：

Tyr120 暴露了。

但是不能说明：

Tyr120 参与了蛋白–蛋白结合。

所以还需要第二层分析。

6. 第二层：Residue contact

假设 Protein B 中：

Asp205
Glu207
Tyr210

那么可以计算：

A:Tyr120 ↔ B:Asp205
A:Tyr120 ↔ B:Glu207
A:Tyr120 ↔ B:Tyr210

例如定义：

heavy atom distance < 4–5 Å

作为接触。

那么：

Frame 1

A:Tyr120
     │
     │ 12 Å
     │
B:Asp205


Frame 500

A:Tyr120
     │
     │ 4.1 Å
     │
B:Asp205

这就说明：

Tyr120 在构象变化以后进入 Protein–Protein interface。

7. 最好再计算 ΔSASA

这是分析 PPI interface 非常有用的指标。

定义：

如果某个残基在：

free protein

状态下：

SASA = 30 Å²

结合以后：

SASA = 5 Å²

说明：

即这个残基有相当一部分表面积被另一个蛋白遮挡。

8. 实际上应该分成两个过程

这是最容易混淆的地方。

阶段 A：构象变化

A_closed
   ↓
A_open

内部残基：

buried
 ↓
exposed

然后：

阶段 B：蛋白–蛋白结合

A_open + B
      ↓
A_open:B

这个过程中：

exposed residue
      ↓
interface residue

所以完整过程是：

MD
              ↓
      ┌───────────────┐
      │ A closed      │
      │ buried residue│
      └───────┬───────┘
              ↓
        conformational
            change
              ↓
      ┌───────────────┐
      │ A open        │
      │ exposed       │
      └───────┬───────┘
              ↓
         PPI docking
              ↓
      ┌───────────────┐
      │ A:B complex   │
      │ interface     │
      └───────┬───────┘
              ↓
             MD
              ↓
       interface stable?

9. 所以不要只做一次 docking

如果直接：

A_closed + B
       ↓
    docking

程序可能根本找不到这个 interface。

因为：

A_closed 状态下，这个残基被埋在蛋白内部。

更合理的是：

A trajectory
      ↓
cluster
      ↓
A1 A2 A3 A4 A5
      ↓
ensemble docking
      ↓
B

例如：

A构象	内部残基暴露程度	Docking结果
A1	低	无合理interface
A2	低	无合理interface
A3	中	弱interface
A4	高	强interface
A5	高	强interface

这就非常有意义了。

10. 还可以做“残基暴露概率”

比如对 MD 的 10,000 个 frame：

Tyr120

buried   7000 frames
exposed  3000 frames

那么：

再进一步：

Tyr120

exposed probability = 30%

             ↓

参与 interface probability = 25%

那么可以说：

Tyr120 是一个具有构象依赖性的潜在 interface residue。

这个分析比单独看一张 docking 图强很多。

11. 如果已经有蛋白–蛋白复合物结构，分析会更直接

如果已经获得：

A:B complex

那么可以比较：

A_free
     vs
A_complex

重点计算：

① SASA

A_free → A_complex

② residue depth

判断残基原来是不是内部残基。

③ contact number

A residue
   ↓
与多少个 B residue 接触

④ interface ΔSASA

判断该残基是否真正成为 interface residue。

⑤ H-bond / salt bridge

例如：

A:Lys120 ───── B:Asp205

⑥ distance

例如：

A:TYR120 —— B:ASP205
          3.4 Å

12. 如果是“真正的 induced fit”，还需要更进一步

如果想研究：

蛋白 A 在接近蛋白 B 的过程中，B 诱导 A 打开，使内部残基暴露，然后形成 interface。

那么单纯：

MD(A) → docking(A_open+B)

仍然是近似。

更完整的方法是：

A + B
 ↓
protein-protein docking
 ↓
多个候选 encounter complexes
 ↓
MD
 ↓
观察：
A是否打开？
↓
内部残基是否暴露？
↓
是否形成新的 interface？
↓
interface是否稳定？

也就是说：

Docking 负责寻找可能的结合模式，MD 负责观察结合以后构象是否能够自洽地发生变化。

13. 对这种问题，推荐的计算路线

Protein A
                    │
                    ▼
              Initial MD
                    │
                    ▼
          Trajectory clustering
                    │
          ┌─────────┼─────────┐
          ↓         ↓         ↓
         A1        A2        A3 ...
          │         │         │
          └─────────┼─────────┘
                    ↓
            Ensemble docking
                    +
                Protein B
                    ↓
             docking poses
                    ↓
               clustering
                    ↓
          candidate interfaces
                    ↓
          ┌─────────┴─────────┐
          ↓                   ↓
       SASA变化           interface contacts
          ↓                   ↓
       residue exposed → residue participates
                    ↓
               MD complex
                    ↓
        interface stability analysis
                    ↓
        H-bond / salt bridge /
        RMSD / RMSF / SASA /
        contact occupancy
                    ↓
              最终机制

14. 如果目标是“找出那些原来埋藏、后来参与 PPI 的氨基酸”，可以直接建立这样的判定逻辑

定义三个条件：

条件 1：原始状态 buried

↓

条件 2：构象变化后 exposed

↓

条件 3：复合物中形成 interface

例如：

并且最好有：

H-bond
salt bridge
hydrophobic contact
ΔSASA
contact occupancy

那么：

buried → exposed → interface

这类残基才是真正想找的构象变化驱动型 interface residues。

生活很好，有你更好。

原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。

如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

数据分析

#分子对接

#分子动力学

#数据分析