结构优化与分枝杆菌酰基ACP还原酶的药物对接模拟

医学信息学解锁23（2021）100528提高5-戊基-2-苯氧基苯酚与分枝杆菌烯酰ACP还原酶计算方法放大图片作者：Jakaria Shawon，Akib Mahmud Khan，Imrul Shahriar，Mohammad A.哈利姆*计算机辅助药物设计部，红绿研究中心，BICCB，孟加拉国达卡A R T I C L EI N FO关键词：结核病药物设计烯酰-酰基ACP还原酶（InhA）分子动力学模拟量子力学计算基于系综的对接A B S T R A C T结核病（TB）是全球主要的死亡原因之一。随着结核分枝杆菌耐药株的出现，需要开发新的抗结核药物。结核病 的 各 种 一 线 药 物 目 前 可 用 。 本 研 究 采 用 不 同 的 片 段 和 官 能 团 对 5- 戊 基 -2- 酚 氧 基 苯 酚 （ 5-Pentyl-2-phenoxyphenol，5 PP）药物进行修饰。利用密度泛函理论对修饰后的药物结构进行了几何优化。针对分枝杆菌烯酰ACP还原酶（2B36）进行母体药物和所有修饰药物的柔性对接，以计算和比较它们的结合亲和力和非共价相互作用。与母体药物J相比，修饰药物（J1，J2和J3）的非键合相互作用增加，结合能提高。所有修饰药物在100 ns MD模拟后仍稳定结合到InhA的结合口袋。分子动力学模拟的结合自由能计算也表明药物与靶蛋白的稳定结合。进一步进行基于系综的分子对接以解释受体动力学和柔性。当考虑蛋白质的柔性时，观察到药物-蛋白质复合物的结合能的变化。此外，我们发现蛋白InhA的残基Ala 157、Tyr 158、Ala 198、Met199和Ile 215对于药物-蛋白相互作用是重要的。与5PP相比，修饰药物的药代动力学特性也有所改善1. 介绍结核分枝杆菌（M.结核病（TB）是传染性和空气传播疾病结核病（TB）的病原体。它与艾滋病毒/艾滋病一起是全世界死亡的主要原因之一。2019年，全球估计有1000万新发（事件）结核病病例[1]。M.结核病和艾滋病病毒协同作用，加速免疫能力的下降，如果不治疗，会导致随后的死亡。结核病是艾滋病相关死亡的最常见原因之一[2]。由于没有有效的疫苗，化疗在控制该病传播目前，M.耐多药结核病（MDR-TB）需要二线MDR-TB治疗[1，3]。M.对异烟肼和利福平都具有耐药性的结核病是造成耐多药结核病（MDR-TB）的原因，是抗生素耐药性流行病中最令人担忧的问题之一[4]。在全球范围内，约78%的利福平耐药结核病（RR-TB）患者检出耐多药结核病，据估计，2019年全球检测到206030人患有耐多药或利福平结核病（MDR/RR-TB），比2018年增加10%[1]。在这种情况下，有必要针对有希望的药物靶点设计新的抗结核药物，这将更有效地治疗结核病以克服这些耐药性[5]。细菌FAS-II（II型脂肪酸合成酶）的组织结构与哺乳动物的对应物不同;因此，FAS-II途径提供了一些可能与抗菌剂发生选择性相互作用的靶标[6]。FAS-II途径中的这些靶点之一是烯酰-酰基ACP还原酶（InhA），其是细胞存活的必需酶。M.结核病，因为它涉及脂肪酸生物合成途径[7-9 ]。InhA被用作抗结核药物开发的主要靶酶，并被认为是一些一线药物（如异烟肼）的主要靶点[7]。药物发现和后续开发的过程是费力和昂贵的，因此利用计算机辅助药物设计方法是减少时间和金钱的重大进展，这可以使药物发现研究更加可行[10]。分子* 通讯作者。电子邮件地址：mahalim@grc-bd.org（硕士）Halim）。https://doi.org/10.1016/j.imu.2021.100528在线预订2021年2352-9148/©2021的 作者。发表通过 Elsevier 公司这是一个开放接入文章下的CCBY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）中找到。可在ScienceDirect上获得目录列表医学信息学期刊主页：http://www.elsevier.com/locate/imuJ. Shawon等人医学信息学解锁23（2021）1005282Fig. 1. 5pp（J）及其改性衍生物（J1、J2、J3、J4、J5、J6、J7和J8）的骨架结构识别在生物系统中具有重要作用。通过分子对接分析药物与受体的相互作用，有助于理解药物-受体复合物中的分子识别。分子对接是计算机辅助药物设计中常用的方法，用于预测药物-蛋白质组合体的结合亲和力和择优取向。在蛋白质-配体对接的情况下，进行其以预测配体与靶蛋白的3D结构的主要结合模式[11]。对接后，特定的相互作用，如氢键，疏水相互作用，π-π相互作用和许多其他相互作用进行了探索，以进行更关键的分析。但分子对接的一个主要缺陷是无法考虑受体动力学和柔性[12，13]。针对刚性受体预测的结合亲和力可能产生错误的结合能和配体与受体之间的相互作用，因此受体动力学和表2HOMO、LUMO、间隙和所有药物的结合自由能的能量（原子单位）。J1-6.313-5.848-1.899 3.948-74.768 ±26.125J2-6.337-5.908-1.744 4.163-66.046 ±28.597J3-6.117-5.516-1.118 4.397-51.627 ±25.727J4-5.878-4.732-0.539 4.193-54.552 ±27.999J5-5.997-5.308-0.675 4.634-65.445 ±26.266J6-6.403-6.108-0.406 5.704-62.936 ±27.145J7-6.579-6.253-1.842 4.411-62.844 ±26.053J8-6.204-5.306-0.528 4.778-53.402 ±25.596表1在B3 LYP/6- 31 G（d，p）水平上计算了5 pp（J）及其衍生物（J1- J8）的电子能量、偶极矩（μ）、ΔH和ΔG转移值.配体电子能（气体）（Hartree）电子能源（水）（Hartree）μ（气体）（德拜）μ（水）（德拜）ΔH（Kcal/mol）ΔG转移（Kcal/mol）粤ICP备16036888号-1粤ICP备16016888号-1粤ICP备15036666号-1粤ICP备16036888号-1粤ICP备16018888号-1粤ICP备15035559号-1粤ICP备16016666号粤ICP备16036888号-1粤ICP备16036888号-1图二、 修饰对ΔG转移的影响。选择5PP（J）的ΔG转移作为参考状态。配体εHOMO-1（eV）εHOMO（eV）εLUMO（eV）间隙（eV）结合自由能（kcal/mol）J-6.038-5.752-0.0955.657-60.734 ±25.448J. Shawon等人医学信息学解锁23（2021）1005283图三. 100 ns MD模拟前后J-InhA、J1-InhA、J2-InhA和J3-InhA复合物的叠加结构。(Pink红色=MD模拟之前;绿色蓝色=MD模拟之后&（有关此图例中颜色的解释，请读者参阅本文的Web版本灵活性是需要考虑的重要标准[13]。一个可能的实际替代方案是使用基于整体的分子对接来解决这个问题[13]。对于随后的对接，分子动力学（MD）模拟可用于产生受体构象的集合[14]，其中模拟可在模拟生理条件的水性环境中进行。或者，与不同脂质体结合或具有不同突变的相同蛋白质的不同晶体结构可用于基于系综的分子对接[13]。分子动力学模拟工具可以作为一种替代方法来解决生物学问题，这与实验技术是复杂的[15]。在这里，我们采用密度泛函理论（DFT）来模拟新的含萘类药物已被用作抗炎和抗菌药物，副作用较小[20]，因此萘被用于改善ADME。在治疗剂中包含不同的官能团如氟、三氟乙酰基可以改变构象、细胞膜渗透以及代谢性质，并且这些修饰可能通过形成非共价相互作用影响化合物的代谢耐久性，从而增加化合物的结合亲和力[21]。借助分子对接技术，研究了5PP及其修饰衍生物与InhA的结合亲和力和非键相互作用。此外，这些药物的吸收，代谢和毒性分析进行，以评估其药代动力学特性。衍生物的5-戊基-2-苯氧基苯酚（5PP）通过并入一些改性的化合物显示出一些改进，不同的碎片DFT是最广泛使用的量子力学方法，以更高的精度和计算成本低廉的方式预测药物样分子的结构，电子和热化学性质[16]。在基于结构的药物设计背景下，混合DFT泛函B3LYP的使用已通过实验数据得到广泛验证，Shenna和Donnald的综述文章[17]对此进行了总结MIC99是浓度帮助开发更有效的抗结核药物。2. 材料和方法2.1. 分子动力学和量子计算在3D结构的初始信息和几何形状以及一种抑制剂，导致完全抑制细菌生长，5 PP（5-戊基-2-苯氧基苯酚）取自PubChem Openteria。5 PP是一种抗InhA和抑制M.结核病的生长具有很高的疗效[18]。它在其他烷基二苯醚中显示出最低的MIC99，因此我们选择在我们的研究中使用该候选分子[19]。采用萘、氟、三氟乙酰基、酰氯、酰胺等官能团对5PP进行改性。萘化学数据库（PubChem CID：5274976）。进行500 ps MD（分子动力学）构象搜索以找到5PP的最低使用琥珀力场，Berendsen恒温器和Gabedit软件中实现的Verlet速度算法[22]。采用Becke（B3）交换泛函结合Lee，Yang和Parr（LYP）相关泛函的密度泛函理论J. Shawon等人医学信息学解锁23（2021）1005284见图4。100 ns MD模拟后药物-蛋白质复合物的（a）RMSD，（b）Rg，（c）SASA和（d）RMSF。（颜色图例：J-黑色; J1-红色; J2-黄色; J3-绿色; J 4-浅蓝色; J5-蓝色; J6-品红色; J7-浅绿色; J8-橙色）。(For关于这一图中颜色的解释，请读者参阅本文的网络版。）在Gaussian 09程序包中，使用最低能量完全优化结构[23]。对于所有计算，使用Pople 6- 31 G（d，p）基组。在优化后进行振动频率计算，以确认对应于势能面上最小值的稳定点。在气相以及溶剂（水）相中进行计算。在5PP上加入不同的官能团进行修饰，然后进行分子动力学（MD）构象搜索，得到修饰后的结构的最低能量构象。然后使用相同水平的理论优化这些具有最低构象的修饰结构。研究了所有药物在气相和水相中的电子能、焓、吉布斯自由能等热力学性质。还研究了偶极矩和前沿分子轨道能量以及每种药物结构的前沿轨道间隙（HOMO-LUMO间隙），其中从每种药物的相应最高占据分子轨道（HOMO）能量值中2.2. 分子对接计算对 亲 本 和 修 饰 的 5PP 进 行 针 对 InhA 的 分 子 从 蛋 白 质 数 据 库（PDB）数据库中收集InhA的晶体结构[19]。在对接后，取在2.80nm处解析的PDB ID（2B36）在对接之前，从晶体结构中去除配体和水 分 子 ， 并 将 剩 余 的 蛋 白 质 结 构 保 存 为 PDBQT 格 式 ， 这 是AutoDockVina软件（版本1.1.2，2011年5月11日）中对接计算的支持格式[24]。采用Autodock Vina方案进行灵活对接[24]。它 可以产生几种结合模式并预测药物-受体复合物中的结合亲和力。将中心网格boX放置在蛋白质结构的中心，并在x、y和z方向上延伸，直到网格boX在对接之前完全覆盖蛋白质结构。蛋白质保持刚性，但允许所有蛋白质进行扭转旋转。优化的药物结构的可旋转键以执行柔性对接。利用PyMOL分子图形系统[25]和Pyrys Discovery Studio 4.1 [26]分析最低结合自由能构象异构体与相应蛋白质的对接位姿。还将5PP及其衍生物的对接位置与5PP结合至InhA晶体结构的位置（PDB ID：2B36）进行了比较[19]。2.3. 分子动力学（MD）模拟为了评估对接药物-蛋白质复合物的稳定性并更好地表征药物和蛋白质之间的相互作用，使用YASARA动力学程序中实施的AMBER 14力场对所有对接药物-蛋白质复合物（J-InhA、J1-InhA至J8-InhA）进行了100 ns的分子动力学（MD）模拟[27]。&模拟细胞保持长方体形状，细胞壁从蛋白质表面向每个方向延伸8 μ m。该池填充有密度为0.997 g/ml的水，并进行压力控制。为了复制生理离子浓度，将NaCl盐以0.9%浓度添加到系统中。细胞边界保持周期性。MD模拟平衡100 ps，然后在310 K下以5 fs的时间步长产生100 ns然后通过计算RMSD、RMSF、Rg和SASA分析蛋白质的结构变化和动力学行为。结合 免费 能源 计算 使用 的 分子力学/在 YASARA Dynamics 软 件 中 进 行 Poisson-Boltzmann 表 面 积（MM/PBSA）方法[28AMBER14力场用于结合自由能计算。在计算的默认宏文件中执行修改。对于结合自由能计算，使用以下等式，Δ G结合=Δ G复合物（最小化）ΔGbind= ΔGMM+ ΔGPB+ ΔGSA-TΔS这里，ΔGMM是分子力学相互作用（恒压和范德华相互作用的总和），ΔGPB和ΔGSA对应于J. Shawon等人医学信息学解锁23（2021）1005285×表35PP及其修饰衍生物与InhA（2B36）柔性对接后的结合能和非键相互作用NAD [氢键] Phe 97 [Pi-Pi T形] Ala 157 [烷基]Ile215 [Alkyl]Tyr158[Pi-Alkyl]Met169[Pi-Alkyl]Met199[Pi-Alkyl]NAD[Pi-Alkyl]J1-9.3 Met98[N F]Tyr158[NAD[氢键] Phe 149 [Pi-Pi T形] Ala 157 [烷基]Ile215[Alkyl]Tyr158[Pi-Alkyl] Ala198[Pi-Alkyl]Met199[Pi-Alkyl]NAD[Pi-Alkyl]J2-9.2 Met98[N-H-2O]NAD[O H-O]NAD[Pi-阴离子]NAD[氢键] Met 161 [Pi-硫] Tyr 158 [Pi-Pi堆叠]Phe 149 [Pi-Pi T形] Ala157 [烷基]Ile215[Alkyl]Tyr158[Pi-Alkyl]Ala198[Pi-Alkyl]Met199[Pi-Alkyl] NAD[Pi-Alkyl]J3-9.1 Met98[N-H-2O]Gly96[O-H-N]NAD[Pi-阴离子]NAD[氢键] Met 161 [Pi-硫] Tyr 158 [Pi-Pi堆叠]Phe 149 [Pi-Pi T形] Ala157 [烷基]Ile215[Alkyl]Tyr158[Pi-Alkyl]Ala198[Pi-Alkyl]Met199[Pi-Alkyl] NAD[Pi-Alkyl]J 4-8.9 NAD[O-甲基-N]NAD[Hydrogen Bond]NAD[ Pi-Sigma]Phe149[Pi-Pi T-shaped]Ala157[Alkyl]Ile215[Alkyl]Tyr158[Pi-Alkyl]Ala198 [Pi-Alkyl]Met199 [Pi-Alkyl]NAD[Pi-Alkyl]2.6215.1523.7044.6575.0574.8155.4204.3182.9382.8822.1203.3463.2173.0883.4993.5525.1643.5734.6455.1374.2935.3385.2584.5172.4352.8243.6172.8015.9095.0535.0513.7694.7635.0874.3065.1174.8542.4942.5813.5242.7265.9955.1135.0943.6754.5985.2914.2965.1934.6862.7613.0472.8725.1773.7694.6695.0634.3664.4854.9845.223NAD[Pi-阴离子]NAD[氢键] Met 161 [Pi-硫] Phe 149 [Pi-Pi T-形]Ile 215 [烷基] Tyr 158[Pi-烷基] Ala 198 [Pi-烷基] Met 103 [Pi-烷基]Met 199 [Pi-烷基]NAD[Pi-烷基]J6-8.7 Met 98 [N-H-四氟乙烷]NAD[J7-8.7 Met98[N-H-2O]NAD[J8-7.6 NAD[O H-O]NAD[Pi-阴离子]NAD[氢键] Tyr 158 [Pi-硫] Phe 149 [Pi-Pi T-形]Tyr 158 [Pi-Pi T-形] Ala157 [烷基] Tyr 158 [Pi-烷基] Ala 198 [Pi-烷基]Met 199 [Pi-烷基]NAD[Pi-烷基]3.9232.5325.2485.0034.9515.0874.4775.4895.2534.4292.3622.1282.1522.4143.1483.6143.4032.5985.1624.4924.3835.0015.4074.3025.4472.2572.0052.4143.0482.6415.1834.5594.4175.0134.7655.4044.3502.8974.2323.0695.5874.9364.8193.8025.0724.5955.1435.178极性和非极性溶剂化能，分别。TΔS是熵贡献。由于计算时间长，没有考虑熵的贡献。来自MD模拟的总共100 ns数据用于结合自由能计算。2.4. 系综分子对接对于基于系综的分子对接，通过两种方法产生InhA的多个受体构象异构体。首先，将InhA（PDB ID：2B36）的晶体结构在20ns的MD模拟中进行。YASARA动力学程序使用与前面所述相同的MD模拟协议。在20 nsMD模拟中，每隔1 ns生成快照构象并以PDB格式保存。其次，从PDB中收集了20种与不同抑制剂结合的InhA的晶体结构（ID：2B36，2NSD ， 2NV6 ， 223 ， 4BQP ， 4D0S ， 4OHU ， 4OIM ， 4OXK ，4TRM ， 4TRO ， 4UVD ， 4UVG ， 4UVH ， 4UVI ， 5G0S ， 5G0T ，5G0U，5G0V和5G0W）。与不同抑制剂结合的晶体结构可以具有不同的结合口袋构象，并且可以提供受体蛋白的可变构象。然后对J和J1-J 4针对InhA和InhB的多个构象进行对接。配体结合能（kcal/mol）触点距离（单位：mm）配体结合能（kcal/mol）触点距离（单位：mm）J-8.2NAD[C-H-O]2.466J5-8.9NAD[C-H-O]2.807J. Shawon等人医学信息学解锁23（2021）1005286表4图五. J、J1、J2、J3和J4与InhA的相互作用（2B36）。3. 结果和讨论JJ1-J 4对接多种InhA构象异构体的平均结合能。&3.1. 各种修饰对药物性质与从PDB检索的20种晶体结构对接（20种构象异构体）配体平均结合能（kcal/mol）与20 ns MD模拟中每1.0 ns生成的快照构象对接（20个构象）配体平均结合能（kcal/mol）构象上有利的官能团可以改变结合亲和力，如果这些基团整合在配体-靶界面的活性位点[32]。在此，使用以下物质完成5PP（J）的改性：萘，氟，和一些其他官能团，如三-+/-S.D.+/-S.D.2019年12月16日-17月17日J1-8.52+/-0.68J1-7.93+/-0.63J2-8.19+/-0.67J2-7.61+/-0.61J3-8.29+/-0.71J3-7.53+/-0.67J4-7.92+/-0.68J4-7.48+/-0.65随后使用与前述相同的方案进行分析2.5. ADME分析我们使用AdmetSAR在线数据库预测5PP及其改性衍生物的吸收、代谢和毒性[31]。在生成过程中使用了SDF（结构数据文件）和SMILES（简化分子输入行输入系统）字符串氟乙酰基（-COCF3）、酰氯（-COCl）、酰胺基（-NH2）。据报道，几种含萘药物作为抗炎和抗微生物剂发挥着至关重要的作用，副作用减少[20，33，34]。在J5中，在J的1-O位上引入了一个单萘环。三氟乙酰基（-COCF 3）作为一种重要的功能基团，已被广泛应用于许多酶抑制剂中。2010年，人们发现大约20%的药物含有氟原子或氟烷基，在药物开发中，氟可能仍然是一种重要的成分[35]。--在J6和J7中，在J的19-C位上分别加入-CF 3和-COCF 3基团。J8在1-O位含有硫基所有药物的骨架和优化结构如图所示。 1和图S1。在两个不同相（气体和水）中在B3 LYP/6-31 g（d，p）理论水平下计算的母体和改性衍生物的电子能量报告于表1中。零点能量修正被考虑到J. Shawon等人医学信息学解锁23（2021）1005287表55PP及其衍生物的选定药代动力学参数（NI=非抑制剂; WI=弱抑制剂; NC=非致癌物）。血脑屏障人体小肠吸收P-糖蛋白抑制剂人Ether-a-gogo相关（hERG）基因抑制急性经口毒性大鼠急性毒性，LD 50（mol/kg）致癌物Ki（298 K），nMJ+（0.9464）+（0.9948）NI（0.5721）WI（0.8215）III 1.9572 NC（0.5006）1638.6J1+（0.9397）+（1.0000）NI（0.5821）WI（0.9585）III 2.5799 NC（0.5255）47.5J2+（0.8853）+（1.0000）NI（0.6942）WI（0.9361）III 2.3607 NC（0.5392）47.5J3+（0.9168）+（0.9973）NI（0.8788）WI（0.9899）III 2.2326 NC（0.4739）66.5J4+（0.8786）+（0.9912）NI（0.7139）WI（0.8800）III 2.2217危险（0.3932）78.8J5+（0.9403）+（1.0000）NI（0.5355）WI（0.8000）III 1.9033 NC（0.4492）93.2J6+（0.9786）+（1.0000）NI（0.5627）WI（0.9116）III 2.3837 NC（0.5567）93.2J7+（0.9527）+（1.0000）NI（0.6026）WI（0.9641）III 2.5106 NC（0.5773）110.3J8+（0.9548）+（0.9922）NI（0.8841）WI（0.8640）III 2.3111 NC（0.5420）988.1* （括号中给出了与每个参数相关的概率值在计算过程中考虑。从表中可以明显看出，在两个阶段中，J1和J2具有最低能量，而J具有最大能量。结构的稳定性与负能量的增加有关，因此，无论在水相还是气相中，J1和J2药物性质如药物溶解度、药物相互作用和相转移可受分子极性影响。因此，由于修饰而引起的分子极性变化是检查的关键。在量子力学计算中，极性的定量度量是偶极矩（μ）。在水相和气相中都进行了偶极矩计算（表1）。偶极矩水平的升高增强了分子的极性，并促进了药物-受体复合物中的各种非键合相互作用[36]。除J4和J8外，所有修饰药物在水相和气相中的偶极矩均比J药物在不同环境之间传输的能力对药物的吸附具有潜在影响。药物在水溶液中的溶解是生物系统中吸附药物的三个主要步骤之一有助于药物口服生物利用度的最重要的特性之一是水溶性。我们想评估我们对5PP进行的修饰是否对药物的溶解度有影响。转移自由能（ΔG转移）与药物在不同环境之间转移的能力直接相关因此，计算了J（5PP）及其衍生物在不同相态（气体和水）中的吉布斯自由能自由能是决定配体稳定性的重要参数。自由能的符号和大小在生物分子事件中都很重要如果能量值为正，则需要来自环境或外部的能量来运行生物分子事件[15]。这里，水和气体的自由能之差被认为是在水中的溶剂化能。计算的相转移自由能（ΔG）见表1。配体的所有转移自由能值均为负值（表1）。除J6和J8外，所有修饰药物的ΔG转移值比母体化合物J更负（图2），表明，改性药物可能具有更高或相似的溶解度。前线分子轨道描述HOMO和LUMO相互作用，在稳定配体-受体相互作用中起关键作用在药物-受体相互作用中，前线分子轨道的能量值与配体的动力学稳定性和化学反应性有关。具有较大HOMO-LUMO间隙的化合物代表具有低化学反应性的高动力学稳定性[38]。高等 化学 反应性，较小 轨道 间隙 是 预期HOMO-–LUMO gaps of all the compounds are presented in 最低的轨道间隙被注意到为J1。与母体化合物J相比，除J6外，所有修饰的配体都显示出减小的HOMO-LUMO间隙，这使得它们更可极化和更化学反应性。3.2. 结合构象稳定性分析通过分子动力学研究进一步分析对接分析后的所有化合物（J，J1-J8）的构象和结合稳定性分子动力学模拟提供了复杂系统的构象动力学，并允许研究蛋白质-配体复合物内部的时间依赖性相互作用此外，还进行了分子动力学模拟，以评估分子对接的结果。对所有药物-蛋白质复合物进行100 ns MD模拟从100 ns MD模拟后生成的快照的可视化，清楚的是，所有药物（J，J1-J8）在MD模拟后分别保留在结合口袋中，类似于配体-蛋白质复合物的对接姿势（图3和图S2）。&分子动力学模拟可以用来探索与蛋白质结构和功能相关的问题将药物-蛋白质复合物的RMSD值绘制为MD模拟的时间依赖性函数。结果支持除了J3- 2B 36和J6- 2B 36之外的所有药物-蛋白质复合物都是稳定的，因为它们在整个模拟过程中表现出α-碳和骨架碳原子的RMSD偏差很小（图1B）。 4（a））。除J3-2B 36外，所有药物-受体复合物的平均RMSD值均保持在2.2以下，表明模拟系统平衡良好，与初始起始结构没有太大偏差。 从RMSD图（图。 4(a))很明显，所有药物-蛋白质复合物除了J3- 2B 36和J6- 2B 36复合物变得稳定。我们的研究结果表明，修饰的药物在生理条件下可能形成稳定的配体-受体复合物。蛋白质的回转半径（Rg）表示原子到旋转轴的均方根距离，并且结构的紧凑性可以从其预测。由于蛋白质结构中的构象变化或折叠，Rg值可能随时间增加，尽管Rg随时间的较小差异表示结构的更高紧凑性和刚性[39]。观察到的Rg值表明J1- 2B 36、J3- 2B 36和J5- 2B 36复合物与J-2B 36几乎相似的结构紧密性（图4（b））。这表明在配体与靶蛋白结合时随时间的小的构象变化，因此表明这些化合物是良好的药物候选物，因为蛋白质的结构紧密性保持与亲本配体结合的蛋白质紧密性溶剂可及表面积（SASA）也可能因配体与蛋白质结合而发生变化，因此SASA的增加表明蛋白质的扩增[39]，其中预计SASA的波动较低。从图4（c）可以明显看出，J1- 2B 36、J3- 2B 36和J5-2B 36复合物产生了非常小的新表面积，其与母体药物蛋白J-2B 36复合物非常相似，表明J1、J3和J5与2B 36结合后的波动较低。RMSF值在由残基组成的区域中显示波动65&-76，198-211 267-269（Fig. 4（d）），其中最高RMSF值为J. Shawon等人医学信息学解锁23（2021）1005288- ---±+=-对于J6-2B36（6.52 Ω）。分子动力学模拟后，分子识别也进行了研究，发现一些残基的波动区域（残基198-211）与受体结合口袋中的药物相互作用。MD模拟后，J1、J2和J3的结合相互作用显著改善对于J1，观察到新的氢键以及与残基Met98、Pro99和Gln100形成新的卤其中还存在增加数量的π-烷基键在J2- 2B 36复合物中发现了更多的疏水相互作用，而在J3- 2B 36复合物中发现了新的氢键以及更多的疏水相互作用.为了进一步计算药物与蛋白质的结合能，采用MM-PBSA方法计算了药物与蛋白质的结合自由能。在MD模拟后，对本研究的所有药物-蛋白质复合物进行分析。所有复合物均显示负能量值，但J1、J2和J5（表2）的结合自由能负值大于母体药物J。J1、J2和J5显示能量值分别为74.768 26.125、66.046 28.597和66.046 28.597。65.445 26.266 kcal/mol。该观察结果表明修饰的药物与InhA蛋白的强结合。3.3. 分子对接研究3.3.1. 通过修饰改变结合能和相互作用与2B36柔性对接后化合物的结合能列于表3中。通过在配体-受体系统中生成网格框，评估了几种可能的结合模式对每种配体的结合亲和力。因此，对于每种配体-受体系统，建立了不同结合模式的不同结合亲和力值。还执行了来自PubChem的5PP和晶体学InhA（2B36）结构的叠加以验证对接方案，并且我们发现来自两种来源的5PP保持在相同的结合口袋和取向中（图S3）。研究了配体与含5PP的InhA（2B36）的晶体结构的叠加，以确认配体的实际结合位点，并取不同状态的相应值。选取与InhA（2B36）晶体学结构最一致的含5pp配体的修饰药物进行相互作用和结合亲和力的研究。通过分析氨基酸相互作用并将柔性对接结构与含有5PP的InhA（2B36）的晶体结构叠加，可以清楚地看出，对接的配体结构在InhA（2B36）的活性位点内处于相同的取向。除J8外，所有改性衍生物与2B36的结合能均比母体化合物J的结合能显著提高（表3）。非共价相互作用 等 氢键、卤键、疏水的 在...中相互作用可以增加药物-受体之间的结合亲和力接口[32]。在本研究中，大多数具有更大结合能的修饰配体显示出增加的非共价相互作用，并且对增加结合能起关键作用非共价相互作用是配体-靶标复合物的关键参数，因为这些相互作用对稳定靶位点处的配体起着至关重要的作用，并负责改变结合亲和力和药物功效[32]。所有修饰的配体的增加和改善的非共价相互作用是明显的（表3和图5）。在这项研究中，烷基，π-πT型，π-烷基和π-阴离子是大多数药物中最常见的相互作用类型。参与π系统的非共价相互作用对生物现象如配体-蛋白质识别很重要[40]。在生物系统中，π效应具有重要贡献，因为它们提供了结合能的重要部分。此外，蛋白InhA的氨基酸残基如Ala 157、Tyr 158、Ala 198、Met 199和Ile 215对于药物-蛋白相互作用是重要的，因为配体与这些残基的相互作用在本研究中的几乎所有配体-蛋白复合物中更频繁。3.3.2. 系综分子对接在我们的研究中使用了用于对接计算的AutoDock Vina方案，该方案被认为对于确定结合评分和结合位姿是相当无误差的[41]，但存在主要局限性，其中之一是未能考虑受体中的骨架柔性[42]。因此，进行了基于系综的分子对接，以评价当使用不同受体构象时结合评分和姿势发生的变化。通过MD模拟和晶体学方法获得的多个构象异构体对接的JJ1-J4的结合能可变（表4）。&对于J、J1、J2、J3和J4，晶体学构象的平均结合能低于MD模拟构象（表4）。与具有相同晶体结构的J的结合能相比，针对从PDB检索的所有晶体结构，观察到J1-J 4的结合能提高。针对晶体结构2B 36 2NV 6观察到JJ1-J 4的结合能最高，其中针对4UVG5G 0U观察到最低的结合能。&&&在MD模拟受体后3 ns和18 ns的受体构象分别负责MD模拟构象中最高和最低的结合亲和力。构象异构体在3ns和18ns时对这些药物的分子识别研究是否有任何新的相互作用形成在这些在某些情况下，这可能对其相应的结合亲和力产生影响。从相互作用研究中可以清楚地看出，在3ns处具有构象异构体的药物比在18ns处具有构象异构体的药物增加了疏水相互作用的数量，并且在某些情况下，形成了新的氢键。我们可以说，疏水相互作用的数量显然对结合亲和力有影响。在快照构象异构体的情况下，还观察到J1-J 4相对于大多数构象异构体的结合能提高，但标准偏差低于晶体结构（表4）。我们的研究表明，当考虑蛋白质的灵活性时，结合能的差异将是对接后药物-蛋白质复合物3.4. 药代动力学参数分析为了鉴定具有良好药代动力学特性的最佳化合物，研究了母体和修饰药物的各种药代动力学参数，其中母体化合物（J）的相应值用作对照。预测的药代动力学参数值见表5。AdmetSAR中的计算预测所有药物均具有III类口服毒性，除J4外，所有药物均无致癌性。除J4和J8外，所有修饰药物的人肠吸收值均优于母体药物J，并且所有药物对血脑屏障（BBB）均显示阳性值。此外，除J6外的所有修饰的化合物与J相比显示出更高的半数致死量（LD50）值，这意味着这些化合物对于口服给药是安全的。P-糖蛋白抑制可阻断药物在体内的渗透性、吸收和保留[43]。本研究发现所有药物均为P-糖蛋白非抑制剂。然而，所有药物对人类ether-a-go-go相关基因（hERG）的抑制作用均较弱。长QT综合征可由hERG抑制引起[44]。因此，在这方面需要进一步研究。所有药物的抑制常数用E I参与EI，其中E是酶，I是抑制剂分子（对于计算，所有实体的参考浓度都被认为是1 mol L-1）。ln Kb=- ln Ki式中ln Kb-ΔG/RT，ΔG结合自由能。J1和J2的较低Ki值反映了它们对InhA的改善的结合亲和力。J. Shawon等人医学信息学解锁23（2021）10052894. 结论由于结核分枝杆菌的耐药菌株，迫切需要新的抗结核药物。结核病的各种一线药物目前可用。因此，我们采用B3 LYP/ 6- 31 G（d，p）水平 研 究 了 抗 结 核 药 物 5- 戊 基 -2- 苯 氧 基 苯 酚 （ 5-Pentyl-2-Phenoxyphenol，5 PP）的各种修饰对其活性的影响。一些修饰药物在结构稳定性、水溶性、极性、化学反应性和结合亲和力方面显示出显著的改善。除了J6和J8之外的修饰药物在能量和构型上是优选的。药代动力学计算表明修饰药物的药代动力学特性得到改善。InhA蛋白的Ala157、Tyr 158、Ala 198、Met 199和Ile 215是药物-蛋白相互作用的重要残基。增强的非键相互作用可能对更高的结合能具有显著影响，这在这里是可见的。此外，对所有修饰的药物-靶标复合物进行MD模拟以评估分子对接结果。 RMSD值支持MD模拟结构与初始结构没有太大的偏差。在MD模拟后，5PP的所有修饰衍生物都保留在结合口袋中，类似于对接姿势。结合自由能的计算也表明，药物与靶蛋白的结合是稳定的。随后，基于整体的分子对接是执行使用分枝杆菌缔酷基ACP还原酶 （InhA） 与 5PP 和 改性 衍生物. 变化从分子动力学模拟和蛋白质晶体学结构中观察到药物与InhA多个构象的结合能。因此，受体的柔性应作为分子对接研究的一个重要指标。竞合利益作者声明，他们没有已知的可能影响本文所报告工作确认作者还想感谢世界科学院[8] 杨文，王志，王文.结核分枝杆菌中分枝菌酸合成和加工的途径分枝菌酸合成和加工的遗传分析。社会2005;18：81https://doi.org/10.1128/CMR.18.1.81网站。[9] [10]A，A，B，C，D，C，etal. 结核分枝杆菌中异烟肼靶点的酶特性。生物化学1995;34：8235-41.[10] Lone MY，Kumar SP，Athar M，Jha PC.结核分枝杆菌结构蛋白质组的研究：计 算 机 模 拟 方 法 。 JTheor Biol2018;439 ： 14 网 址 ： http ：//doi.org/10.1016/J.JTBI.2017.11.021[11] Morris GM ， Lim-Wilby M. 分 子 对 接 。 方 法 Mol Biol 2008;443 ： 365-82 。https://doi.org/10.1007/978-1-