周玉玳，戴雙雄，佟 斌，蔡政旭，石建兵，董宇平

北京理工大學材料學院結(jié)構(gòu)可控先進功能材料與綠色應(yīng)用北京市重點實驗室，北京 100081

1 引言

分子對接，通常被用來計算生物大分子和小分子配體之間可能存在的各種結(jié)合構(gòu)象，構(gòu)筑一個受體-配體的構(gòu)象集，并預(yù)測結(jié)合力的強弱及種類，根據(jù)構(gòu)象和能量的匹配排名打分，到目前為止已經(jīng)被使用幾十年[1-6]。1894年，F(xiàn)ischer[7]最早提出“鎖鑰模型”用于解釋受體-配體間的相互作用，即受體和配體間通過幾何互補和能量匹配識別彼此。這種模型認為配體和受體均為剛性結(jié)構(gòu)，但是無法解釋一些受體和配體結(jié)合后構(gòu)象明顯改變的現(xiàn)象。1958年，Koshland[8]在“鎖鑰模型”的基礎(chǔ)上，提出了酶促反應(yīng)的“誘導(dǎo)契合”學說，該理論表明酶和底物之間的反應(yīng)，酶活性位點的空間構(gòu)型受配體影響而改變，認為配體和蛋白質(zhì)都是柔性結(jié)構(gòu)。誘導(dǎo)契合理論為分子對接提供了理論參考，將受體和配體考慮為柔性結(jié)構(gòu)使對接結(jié)果更加準確。分子對接的方法通常分為三類：剛性對接、半柔性對接和柔性對接。剛性對接將受體和配體均考慮為剛性，降低了對接難度并減少了計算量，適用于對結(jié)果精度要求不高或結(jié)構(gòu)較為龐大的體系，如蛋白-蛋白及蛋白-核酸間的對接。半柔性對接目前使用比較廣泛，將大分子受體視為剛性，小分子在結(jié)合位點處構(gòu)象可以發(fā)生改變。柔性對接認為配體和受體的構(gòu)象可以自由改變，計算耗時較長，多用于精確考慮結(jié)合相互作用。比較常用的對接軟件有DOCK、AutoDock、AutoDock Vina、GOLD、GLIDE、SYBYL、Discovery Studio等。

分子對接可以評估配體-靶標的互補性，是小分子藥物發(fā)現(xiàn)中至關(guān)重要的一步，結(jié)合高通量篩選技術(shù)，在計算機輔助藥物設(shè)計(CADD)方面已有廣泛的應(yīng)用，如抗癌癥藥物篩選[9]、酶抑制劑篩選[10]、抗病毒藥物篩選[11,12]等。由于其打分函數(shù)的優(yōu)勢，這種方法能夠顯著提高藥物篩選的成功率，在實際的藥物合成前節(jié)約時間及成本。除了傳統(tǒng)的小分子藥物篩選，已經(jīng)有文獻報道將分子對接用于大分子受體與小分子配體結(jié)合的機理解釋，更多的關(guān)注小分子在受體上的結(jié)合位置及相互作用的情況[13-15]。在機理解釋方面，利用對接可以得到受體-配體間結(jié)合位點、結(jié)合位點處的配體構(gòu)象、配體與其周圍的氨基酸殘基相互作用類型、距離及結(jié)合能打分評估結(jié)果等信息。生物大分子受體與配體間的相互作用類型通常包括：靜電作用、氫鍵作用、范德華力作用及疏水相互作用等。

傳統(tǒng)的生物學表征手段，通常有耗時、價格昂貴、技術(shù)壁壘高及靈敏度不夠等缺點，因此，越來越多的工作中使用光譜學手段來表征大分子受體與小分子配體結(jié)合的相互作用，如紫外-可見光譜(UV-Vis光譜)、熒光光譜(FL光譜)、圓二色光譜(CD光譜)、傅里葉紅外光譜(FT-IR光譜)及三維熒光光譜(3D熒光光譜)等。將光譜學手段即實驗結(jié)果與分子對接結(jié)合，能夠更清楚地在分子層面上解釋大分子與小分子的結(jié)合相互作用。例如，Liu等[16]研究了三種抗癌藥物氧化白藜蘆醇(OXY)、白皮杉醇(PIC)和米托蒽醌(MIT)與人血清白蛋白(HSA)的相互作用機制，熒光猝滅結(jié)果顯示，三種抗癌藥物與HSA蛋白作用強弱順序為：OXY>PIC>MIT，分子對接計算的結(jié)合能的數(shù)值大小對比與猝滅結(jié)果一致,此外,計算出這三種藥物的結(jié)合位點均在BSA蛋白的子域 IIA處，利用對接分析了結(jié)合口袋附近的氨基酸殘基，以及氨基酸殘基與藥物小分子形成氫鍵作用的距離等。

目前已有多篇綜述總結(jié)了小分子對生物大分子的檢測[17,18]，但是這些研究大部分側(cè)重于光學現(xiàn)象和性質(zhì)，也有一些文章綜述了分子對接在藥物設(shè)計方面的應(yīng)用[19]，但還沒有專門的綜述報道分子對接與光譜學結(jié)合用于配體與生物大分子結(jié)合機理的解釋。因此，本文針對這一領(lǐng)域，將近年來的成果進行了較全面的綜述，并對其進行客觀的評論及前景展望。

2 生物大分子與配體結(jié)合的相互作用

2.1 蛋白質(zhì)-配體

2.1.1UV-Vis方法

Ma等[23]在研究十二烷基硫酸鈉(SDS)與胰蛋白酶相互作用時，使用了UV-Vis手段進行表征(圖1A)。向胰蛋白酶溶液中加入SDS的過程中，280 nm處的紫外吸收峰強度發(fā)生下降，推測是由于SDS與芳香性氨基酸殘基Tyr和Trp之間相互作用。分子對接得到的相互作用的二維圖顯示SDS與Trp215和Tyr228間相互作用，與UV-Vis光譜結(jié)果一致。Menezes等[24]研究了牛血清白蛋白(BSA)和人轉(zhuǎn)鐵蛋白(HTF)與四種糠醛衍生物的相互作用，BSA蛋白的194 nm及275 nm處的吸收峰發(fā)生改變，揭示了BSA蛋白構(gòu)象的轉(zhuǎn)變并確認了BSA與5-甲基-2-呋喃丙烯酸(Fur4)化合物相互作用(圖1B)。HTF蛋白的變化與BSA蛋白相似。

圖1 (A)SDS與胰蛋白酶的UV-Vis光譜[23]；(B)BSA蛋白、醛糠衍生物Fur4、BSA與Fur4混合物Fur4-BSA的UV-Vis光譜，BSA+Fur4為BSA與Fur4曲線的加和[24]

2.1.2FL方法

FL光譜是研究蛋白質(zhì)-配體復(fù)合物常用的光學方法，一些蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化可以通過檢測發(fā)射峰的變化來判斷[25,26]。以下兩種情況下，常使用熒光光譜分析蛋白質(zhì)與小分子間的相互作用，一是利用同步熒光光譜分析蛋白殘基附近微環(huán)境的改變，二是結(jié)合Stern-Volmer方程(式1)，進行熱力學分析[16,27]。小分子使蛋白質(zhì)熒光猝滅機制可以分為兩種：靜態(tài)猝滅和動態(tài)猝滅，使用Stern-Volmer方程可以區(qū)分這兩種猝滅類型。溫度越高，猝滅常數(shù)Ksv的數(shù)值越小，蛋白質(zhì)與小分子的結(jié)合符合靜態(tài)猝滅機理[28]。對于靜態(tài)猝滅，利用公式(2)[29]可計算出結(jié)合常數(shù)K和結(jié)合位點數(shù)n。

F0/F=1+Kqτ0[Q]=1+Ksv[Q]

(1)

(2)

(3)

ΔG=ΔH-TΔS

(4)

式中，Kq是猝滅速率常數(shù)，τ0是不含猝滅劑的生物大分子的平均壽命，[Q]代表猝滅劑分子的濃度。

對于普通的UV-Vis光譜或FL光譜，Tyr和Trp殘基的吸收或發(fā)射相互重疊難以區(qū)分。同步熒光光譜通過同時掃描激發(fā)和發(fā)射波長，可以獲得發(fā)色團周圍的微環(huán)境信息，通常用來表征蛋白質(zhì)的構(gòu)象轉(zhuǎn)變。將同步熒光光譜的激發(fā)波長與發(fā)射波長的固定間隔Δλ分別固定為15或60 nm，能夠分別提供關(guān)于Tyr和Trp殘基的結(jié)構(gòu)信息。若同步光譜的最大發(fā)射峰發(fā)生紅移，說明在該波長間隔下測得的Tyr或Trp殘基附近的疏水性降低，肽鏈的伸展程度增加。相反，如果發(fā)生藍移，則表明環(huán)境的疏水性增加，大分子更趨向于折疊態(tài)。

Kong等[30]的研究中探討了木糖醇XY與α乳清蛋白(α-La蛋白)等組分的相互作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當Δλ= 15 nm時，α-La蛋白最大發(fā)射波長藍移3.9 nm，表明Tyr殘基附近的疏水性增加。而Δλ=60 nm時，沒有明顯的變化，Trp殘基附近的極性保持不變，說明木糖醇XY與α-La蛋白相互作用時改變了蛋白質(zhì)的構(gòu)象，相互作用位點更靠近Tyr殘基。分子對接結(jié)果顯示XY通過氫鍵作用結(jié)合到芳香性團簇Ⅱ附近，與XY形成氫鍵作用的氨基酸包括Gln 54、Tyr 103、Thr 33、Glu 49、Leu 105和Ala 106，距離分別為0.218、0.225、0.119、0.227、0.220/0.225和0.257 nm。

Wang等[31]研究了碘對胰蛋白酶和胃蛋白酶的活性和構(gòu)象結(jié)構(gòu)的影響。從同步熒光光譜的結(jié)果分析可知，I2誘導(dǎo)了胃蛋白酶和胰蛋白酶四級結(jié)構(gòu)的改變并導(dǎo)致Tyr和Trp殘基處微環(huán)境的改變(圖2)。除此之外，作者利用Stern-Volmer方程(式1)，將沒有小分子存在時的熒光強度F0、有小分子存在時的熒光強度F等參數(shù)代入到方程中，判斷出猝滅機制主要為靜態(tài)猝滅，I2與胰蛋白酶結(jié)合的Ksv和Kq值大于I2與胃蛋白酶，表明I2更容易猝滅胰蛋白酶的熒光。根據(jù)公式(2)計算出結(jié)合位點數(shù)n及結(jié)合常數(shù)K，比較K值大小可知胰蛋白酶更容易與I2結(jié)合。結(jié)合過程中涉及的熱力學參數(shù)通過公式(3)和(4)可計算得到，負值的ΔG表明結(jié)合是自發(fā)進行的。通過對I2在兩種蛋白酶結(jié)合位點處的對接結(jié)果分析，I2更靠近胰蛋白酶的催化活性中心，與實驗結(jié)果一致。分子對接得到的I2與胰蛋白酶、胃蛋白酶的結(jié)合能差別較小，分別為-3.83和-3.81 kcal/mol，與熒光光譜的實驗結(jié)果并不一致，分析可能是因為對接過程并沒有考慮水和溶劑離子的影響。

圖2 (A)胰蛋白酶和(B)胃蛋白酶在不同濃度I2存在下的同步熒光光譜A-1和B-1為Δλ=15 nm；A-2和B-2為Δλ=60 nm c(胰蛋白酶)=c(胃蛋白酶)= 1.0×10-5 mol/L；c(I2)(從上到下)：0、1.0×10-5、2.0×10-5、3.0×10-5、4.0×10-5、5.0×10-5、6.0×10-5、7.0×10-5、8.0×10-5、9.0×10-5 mol/L[31]

因此，使用FL方法研究蛋白質(zhì)與配體間相互作用主要是根據(jù)波長或強度的變化直接或間接地獲取信息。同步熒光光譜從最大發(fā)射波長變化的角度分析Tyr和Trp殘基附近環(huán)境的變化，從而推斷蛋白質(zhì)構(gòu)象變化。結(jié)合Stern-Volmer方程，將不同猝滅劑濃度下的熒光強度F和F0代入方程,可以間接計算出結(jié)合常數(shù)及結(jié)合位點數(shù)。分子對接可以輔助FL方法，進一步提供配體與蛋白質(zhì)中氨基酸殘基發(fā)生作用的類型與距離等數(shù)據(jù)。

2.1.3CD方法

由于蛋白質(zhì)等生物大分子具有圓二色性，因此CD光譜在檢測蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)變化、分析蛋白質(zhì)構(gòu)象變化等方面有著獨特的優(yōu)勢[32]，可以結(jié)合分子對接，從理論模型上進行佐證。已有文獻表明，蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)中，α-螺旋在192 nm處附近有一正譜帶，而β-折疊以負譜帶的形式出現(xiàn)在216 nm左右，軟件擬合后可以求出蛋白質(zhì)構(gòu)象中α-螺旋、β-折疊的變化情況[33]。

Zhan等[34]使用CD光譜研究了β-乳球蛋白(β-lg蛋白)結(jié)合辣椒素CAP前后二級結(jié)構(gòu)的變化，單獨的β-lg蛋白在遠-紫外區(qū)域的210 nm處有一個負帶的吸收，與β-折疊含量有關(guān)。加入CAP帶來了濃度依賴性的改變，但沒有明顯的峰位移，表明與CAP的結(jié)合沒有導(dǎo)致β-折疊的明顯改變(圖3A)。

Ma等[23]也利用CD光譜分析了蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的改變，使用圓二色譜數(shù)據(jù)分析軟件DICHROWEB可計算得到。隨著SDS的不斷加入，α-螺旋的比例增加，而β-折疊減少。與純的胰蛋白酶溶液對比，α-螺旋比例從9.1%增加到16.7%，而β-折疊含量從32.8%降低到27.6%，考慮到酶活性的降低及二級結(jié)構(gòu)的改變，SDS導(dǎo)致的構(gòu)象轉(zhuǎn)變很可能發(fā)生在胰蛋白酶的活性中心(圖3B)。SDS結(jié)合胰蛋白酶的對接結(jié)果立體圖顯示(圖3C)，SDS的疏水烷基鏈嵌入到靠近活性位點的S1口袋附近，與CD光譜推斷的結(jié)果一致。

圖3 (A)β-lg蛋白在不同濃度CAP存在時的CD光譜[34]；(B)胰蛋白酶與SDS的CD光譜[23]；(C)SDS與胰蛋白酶的對接結(jié)合立體圖[23]

2.1.4FT-IR方法

Liu等[26]研究了蝦青素ASTA作為配體，分別結(jié)合到油酸與BSA復(fù)合物OA-BSA和BSA上的情況(圖4A、4B)。在ASTA存在時，蛋白質(zhì)酰胺I帶處的吸收峰強降低，歸因于BSA的α-螺旋結(jié)構(gòu)減少。OA-BSA和BSA在3429.3、3430.3 cm-1處顯示了相似的特征峰，代表O—H的伸縮振動，與ASTA結(jié)合后，這部分的峰分別紅移至3430.7、3439.4 cm-1，表明ASTA與蛋白質(zhì)間存在氫鍵作用。選擇最優(yōu)的分子對接結(jié)構(gòu)進行分析，在ASTA-BSA復(fù)合物中，ASTA六元環(huán)上的氧原子與Lys294和Arg217上的氫原子形成氫鍵作用。對于ASTA-OA-BSA的情況，六元環(huán)的氧原子與Glu207及Gln33形成氫鍵作用，驗證了FT-IR光譜的結(jié)果。該研究利用FT-IR光譜判斷了蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的變化，并通過分子對接說明了蛋白與配體間的氫鍵相互作用。

圖4 (A)OA-BSA在有無ASTA存在下的FT-IR光譜；(B)BSA在有無ASTA存在下的FT-IR光譜[26]；(C)298K下，α-葡萄糖苷酶在(a)沒有(b)有圣草次苷存在下的FT-IR光譜；(D)α-葡萄糖苷酶在(a)沒有(b)有圣草酚存在下的FT-IR光譜[36]

2.1.53D熒光方法

3D熒光光譜是一種描述熒光強度同時隨激發(fā)和發(fā)射波長變化關(guān)系的譜圖，同時也是一種表征蛋白質(zhì)構(gòu)象變化的可靠科學技術(shù)，與UV-Vis光譜、FT-IR光譜、FL光譜，以及CD光譜相比，可以提供更全面的熒光信息[37]，對于Tyr和Trp殘基尤為敏感。如前所述，使用同步熒光光譜可以得到Trp或Tyr殘基附近微環(huán)境的變化，CD光譜在分析蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)方面具備獨特的優(yōu)勢。而利用3D熒光光譜分析蛋白質(zhì)與配體相互作用時，可以一次性獲取Trp或Tyr殘基和多肽主鏈結(jié)構(gòu)變化的信息。

Han等[38]在研究氟達拉濱Flu與人血清白蛋白HSA作用機制時，使用了3D熒光光譜(圖5)，分別掃描了游離的HSA與HSA-Flu兩個系統(tǒng)，光譜中出現(xiàn)的兩個峰被標記為峰1和峰2，峰1反映了HSA的Trp和Tyr殘基的固有熒光特征，與三級結(jié)構(gòu)的變化有關(guān)。峰2象征著多肽主鏈結(jié)構(gòu)的熒光特性，與二級結(jié)構(gòu)的變化有關(guān)。結(jié)果顯示，兩個熒光峰分別發(fā)生了14.6%和45.0%的猝滅，說明Flu與HSA在基態(tài)形成復(fù)合物，構(gòu)象發(fā)生改變。Flu猝滅HSA的熒光在峰2上比峰1上明顯，可以解釋為Flu與HSA的相互作用誘導(dǎo)了蛋白質(zhì)多肽的輕微展開，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生變化，使蛋白質(zhì)的疏水區(qū)域進一步暴露。分子對接結(jié)果顯示，F(xiàn)lu的羥基與Val455和Tyr452主鏈上的氧原子，氨基與Lys212主鏈的氧原子之間形成氫鍵。從而驗證了3D熒光光譜的結(jié)果，一方面Flu與Tyr殘基相互作用，另一方面其改變了HSA的微環(huán)境并干擾其固有熒光。此外，Huang等[39]使用 3D熒光光譜了解到濃縮乳清蛋白WPC與香豆酸結(jié)合時，峰1處的熒光強度下降并伴隨有輕微的藍移，表明微環(huán)境更加疏水。與二級結(jié)構(gòu)相關(guān)的峰2處熒光強度降低表明兩者的結(jié)合導(dǎo)致了蛋白質(zhì)的解折疊，蛋白質(zhì)的解折疊會使得疏水區(qū)域暴露，造成微環(huán)境疏水性增加，與峰1處分析的結(jié)果一致。而WPC與熊果苷結(jié)合時，熒光的變化與香豆酸相反，分析可知Trp氨基酸殘基附近親水性增加，蛋白質(zhì)骨架發(fā)生折疊。

圖5 (A)HSA的3D熒光光譜；(B)HSA-Flu系統(tǒng)的3D熒光光譜[38]

2.2 DNA-配體

根據(jù)沃森-克里克的堿基配對理論，兩條核苷酸鏈反向平行盤繞，堿基對A-T、G-C互補配對，導(dǎo)致DNA及RNA的螺旋結(jié)構(gòu)中形成有大溝和小溝區(qū)域。此外，DNA與小分子的結(jié)合模式分為三類：非特異性的靜電相互作用；大溝和小溝處的凹槽結(jié)合；主要作用力為芳香性分子與堿基對間π-π作用的嵌插結(jié)合。DNA與蛋白質(zhì)遵循相似的理化結(jié)合原理，理論上，蛋白質(zhì)-配體的對接程序應(yīng)同樣適用于DNA與配體的對接。事實上，許多蛋白質(zhì)包含了定義明確的疏水性結(jié)合位點，而核酸擁有更多暴露于溶劑的結(jié)合口袋。已有的蛋白質(zhì)-配體對接程序用于核酸-配體間的對接時，需要進行一定的修改，目前能夠用于核酸對接的程序有：Autodock Vina、Gold、Glide、rDock等。

DNA-配體的結(jié)合區(qū)域或二者間結(jié)合模式可以通過多種光譜手段確定，對于具體的相互作用力，可結(jié)合分子對接進行模擬計算。脂質(zhì)-DNA復(fù)合物是一種在藥物傳遞中常用的載體。Nandy等[40]結(jié)合光譜學與分子對接在分子水平上解釋了不同電荷類型的脂質(zhì)與DNA的相互作用，利用UV-Vis光譜與穩(wěn)態(tài)熒光光譜分析，發(fā)現(xiàn)DNA與兩類脂質(zhì)體(正電脂質(zhì)體、負電與兩性脂質(zhì)體)作用模式不同，DNA與正電脂質(zhì)體作用更強烈，正電脂質(zhì)體與小溝處的相互作用更強。為了進一步理解不同類型的脂質(zhì)體與DNA的不同位點的相互作用，使用PatchDock的對接程序，選擇脂質(zhì)雙層與優(yōu)化的DNA結(jié)構(gòu)進行對接。對接模擬結(jié)果推測正電脂質(zhì)體與DNA的磷酸基團有發(fā)生靜電相互作用的可能性，以靜電作用為主，協(xié)同有疏水作用。負電和兩性的脂質(zhì)體與DNA相互作用較弱是因為缺少了靜電相互作用(圖6A)。

圖6 (A)正電脂質(zhì)體DPTAP、兩性脂質(zhì)體DPPC和負電脂質(zhì)體DPPG組成的脂質(zhì)雙層與DNA復(fù)合物的優(yōu)化結(jié)構(gòu)[40]；(B)和(C)立體觀察利福平-DNA對接結(jié)構(gòu)，顯示了可能存在的氫鍵作用；(D)利福平與DNA雙鏈體序列[d(CGCGAATTCGCG)2](PDB ID∶1BNA)間的插入模式表面示意圖[43]

此外，對于在小溝和大溝區(qū)域均有可能結(jié)合的小分子，UV-Vis光譜確定形成復(fù)合物后可利用分子對接計算對更有利的結(jié)合區(qū)域進行評估比較。Javar等[41]報道了一種基于ds-DNA/Eu3+摻雜 NiO/CPE的新型電化學生物傳感器，可以用于檢測安吖啶。UV-Vis光譜的結(jié)果表明安吖啶與DNA有效結(jié)合，并通過Benesi-Hildebrand方程[42]計算出結(jié)合常數(shù)。將安吖啶分別與DNA的小溝和大溝區(qū)域進行對接，結(jié)果驗證了安吖啶在DNA小溝和大溝上均有相互作用，對比結(jié)合能結(jié)果預(yù)測安吖啶更可能結(jié)合在大溝區(qū)域。

以嵌插作用結(jié)合在DNA上的小分子，與DNA的堿基對形成的π-π作用可以改變DNA的CD光譜的特征吸收峰。Chakraborty等[43]研究了藥物利福平對CT-DNA的結(jié)合模式。CT-DNA的CD光譜在240～400 nm處有兩個特征吸收峰，分別是275 nm處堿基π-π作用的吸收，以及245 nm處螺旋帶的吸收。如果是小分子以凹槽模式或是以靜電作用與CT-DNA作用時，這兩處特征吸收峰幾乎不會發(fā)生變化，因此推測CT-DNA與小分子的結(jié)合模式主要為嵌插結(jié)合。對接結(jié)果分析利福平通過多重氫鍵與DNA相互作用，并且優(yōu)先與DNA的富-GC區(qū)域結(jié)合(圖6B、6C、6D)。通常，小分子與DNA的富-AT區(qū)域結(jié)合表明是凹槽結(jié)合模式，與富-GC區(qū)域結(jié)合是嵌插模式[44,45]，綜合以上分析，判斷利福平以嵌插模式與DNA結(jié)合。

2.3 病毒-配體

目前，許多文獻報道了分子對接應(yīng)用于抗病毒藥物篩選[46-48]，利用分子對接不僅可以進行評分篩選，還可以預(yù)測藥物的生理和生物活性，以及ADMET(藥物的吸收、分配、代謝、排泄和毒性)性質(zhì)。由于病毒尺寸微小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用熒光探針對其進行檢測具有一定難度，因此，結(jié)合光譜學與分子對接用于解釋病毒RNA與配體結(jié)合機理方面的工作相對較少。

Xie等[49]設(shè)計了一種水溶性的二維MOF材料 [Cu(Dcbb)(bipy)(OH)]n(簡稱MOF1)，用于同步檢測ZIKV病毒RNA的3′-非編碼區(qū)域的三個保守靶序列T1、T2、T3。通過公式log[(F0-F)/F]=nlog[Q]+logK計算得到結(jié)合常數(shù)K，結(jié)果表明,MOF1與P-DNA@RNA雙鏈體的結(jié)合弱于P-DNAs(ZIKV病毒的全序列)。隨后，作者使用Molecular Operating Environment (MOE)軟件進行了分子模擬，靈活性更高的P-DNAs能夠附著在MOF1的表面(圖7A)，而P-DNA@RNA雙鏈體由于其自身的螺旋結(jié)構(gòu)與MOF1的接觸面較小，顯示出“中間隆起和兩端接觸”的模型(圖7B)。P-DNAs和P-DNA@RNA雙鏈體主要通過π-π相互作用與MOF1結(jié)合到一起。MOF1與 P-DNAs的π-π相互作用以及氫鍵作用數(shù)量均多于MOF1與P-DNA@RNA雙鏈體。借助UFF力場模擬可知，MOF1與單鏈P-DNAs (ΔGP-DNAs@MOF) 結(jié)合的電子能量遠低于與P-DNA@RNA雙鏈體結(jié)合的能量(ΔGMOF+P-DNA@RNAs)，說明MOF1與單鏈體結(jié)合更緊密，與實驗結(jié)果一致。

圖7 MOF 1與(A)三個P-DNAs(B)三個P-DNA@RNA雙鏈體間的相互作用，紅色、藍色和白色區(qū)域分別代表負電、正電和中性表面；(C)、(E)和(G)分別代表MOF 1與三個P-DNAs的結(jié)合模式；(D)、(F)和(H)分別代表MOF 1與三個P-DNA@RNA雙鏈體的結(jié)合模式[49]

3 總結(jié)與展望

綜上所述，通過光譜學的分析技術(shù)和分子對接軟件相結(jié)合能夠很好地解釋蛋白質(zhì)及核酸等生物大分子與配體間的相互作用，為小分子探針的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。對于蛋白質(zhì)與小分子配體間相互作用的研究工作進行的較多，能夠推導(dǎo)出配體對蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的影響(包括α-螺旋結(jié)構(gòu)、β-折疊等)，分析發(fā)色團Tyr和Trp殘基附近微環(huán)境的變化或是結(jié)合熱力學方程計算得到結(jié)合常數(shù)等熱力學性質(zhì)。對于DNA或病毒，相應(yīng)的研究工作還有待于進一步發(fā)展，目前可以獲取配體結(jié)合的區(qū)域、結(jié)合模式或結(jié)合作用強弱等信息。

分子對接作為一種傳統(tǒng)的藥物設(shè)計方面的計算軟件，與光譜學手段相結(jié)合，在蛋白質(zhì)、DNA、病毒RNA與小分子結(jié)合的機理解釋方面已經(jīng)被越來越多的人使用，可以彌補光學方法不夠直觀的缺點，直觀地呈現(xiàn)出結(jié)合位點、結(jié)合作用力類型及相互作用距離等,這種學科間的交叉結(jié)合，彼此間的互補可以從多角度闡述問題。分子對接計算的是受體與配體在真空中的結(jié)合情況，但對于一些更加復(fù)雜的體系和環(huán)境，尤其是溶劑對結(jié)合體系影響較大時，分子對接得出的結(jié)果準確度仍有待提高，仍需要不斷去優(yōu)化算法參數(shù)等，必要時結(jié)合分子動力學模擬等手段進行輔助分析。