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來源：互聯(lián)網(wǎng)

AutoDock是一款開源的分子對接軟件，最主要應(yīng)用于執(zhí)行配體—蛋白分子對接。它由Scripps研究所的Olson實驗室開發(fā)與維護，目前最新版本為AutoDock 4.2。

基本信息

另外，其用戶圖形化界面（GUI）工具為AutoDockTools（ADT），其第二代產(chǎn)品為AutoDock Vina。

AutoDock包含但不局限于以下應(yīng)用：

??X-射線晶體學(xué)

??基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計

??先導(dǎo)化合物優(yōu)化

??虛擬篩選

??組合庫設(shè)計

??蛋白—蛋白對接

??化學(xué)機制研究

開發(fā)這一程序的靈感源于設(shè)計生物活性化合物中遇到的問題，特別是計算機輔助藥物設(shè)計領(lǐng)域。生物大分子的 X-射線衍射技術(shù)的進步為我們提供了更多重要的蛋白和核酸分子的結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)可以作為生物活性物質(zhì)的靶標(biāo)，用于控制動植物的疾病，或者可以使人們簡單的理解活性物質(zhì)在生物學(xué)方面的作用機理。準(zhǔn)確的了解蛋白靶標(biāo)和這些活性小分子之間的相互作用是十分重要的。因此，開發(fā)者的目標(biāo)就是為科研工作者提供一個計算工具，幫助他們研究生物大分子（蛋白質(zhì)）與小分子（配體）配位化合物的相互作用。

工作原理

任何對接計算都有兩個相互矛盾的方面需要平衡：在盡可能精準(zhǔn)的計算與合理（有限）的計算資源之間達到一個平衡。理想的步驟是通過搜索整個系統(tǒng)可能的自由度，在底物和目標(biāo)蛋白的結(jié)合能中找到全局能量極小值。然而這樣的工作只能在大型的工作站上實現(xiàn)，并且耗費和結(jié)構(gòu)生物學(xué)家進行晶體結(jié)構(gòu)修飾相當(dāng)?shù)臅r間。為了解決這一問題，很多對接軟件簡化了對接的步驟。Autodock 通過兩種方法的結(jié)合使用解決了以上的問題：快速的基于格點能量的計算方法(rapid grid-based 能量 evaluation)和有效的扭轉(zhuǎn)自由度搜索方法(efficient search of torisional freedom)。

AutoDock軟件由 AutoGrid 和 AutoDock兩個程序組成。其中 AutoGrid 主要負責(zé)格點中相關(guān)能量的計算，而 AutoDock 則負責(zé)構(gòu)象搜索及評價。

AutoDock 在早期版本中使用的是模擬退火算法（Simulate d Annealing Algorithm）來尋找配體與受體最佳的結(jié)合位置狀態(tài)，而從 3.0 版本開始使用一種改良的遺傳算法，即拉馬克遺傳算法（Lamarckian Genetic Algorithm，LGA）。測試結(jié)果表明，LGA 比傳統(tǒng)的遺傳算法和模擬退火具有更高的效率。在 LGA 方法中，作者把遺傳算法和局部搜索（Local search）結(jié)合在一起，遺傳算法用于全局搜索，而局部搜索用于能量優(yōu)化。LGA 算法引入了拉馬克的遺傳理論，這個操作過程右圖。

同時在AutoDock中配體和受體之間結(jié)合能力采用能量匹配來評價。在1.0和2.0版本中，能量匹配得分采用簡單的基于AMBER力場的非鍵相互作用能。非鍵相互作用來自于三部分的貢獻：范德·瓦耳斯相互作用，氫鍵相互作用以及靜電相互作用。而在3.0之后的版本中AutoDock提供了半經(jīng)驗的自由能計算方法來評價受體和配體之間的能量匹配。

為了加快計算速度，AutoDock 采用格點對接的方法，但與 DOCK中格點對接的處理方法有明顯的區(qū)別。DOCK 中，格點上保存的不是能量，而是僅與受體有關(guān)的特征量。而在 AutoDock 中，格點上保存的是探針原子和受體之間的相互作用能。

對于范德華相互作用的計算，每個格點上保存的范德華能量的值的數(shù)目與要對接的配體上的原子類型（表 3）的數(shù)目一樣。如果一個配件中含有 C、O 和 H 三種原子類型，那么在每個格點上就需要用三個探針原子來計算探針原子與受體之間的范德華相互作用值。當(dāng)配體和受體進行分子對接時，配體中某個原子和受體之間的相互作用能通過周圍 8 個格點上的這種原子類型為探針的格點值用內(nèi)插法得到。

靜電相互作用的計算采用了一個靜電勢格點，在格點上儲存受體分子的靜電勢。當(dāng)配體和受體分子對接時，某個原子和受體之間的靜電相互作用能通過周圍格點上靜電勢以及原子上的部分電荷就可以計算得到。

計算氫鍵相互作用時，格點的處理和范德華相互作用有點類似，每個格點上需要保存配體分子中所有氫鍵給體與氫鍵受體之間的相互作用能量，而且這些能量都是在氫鍵在最佳情況下的氫鍵能量值。

以上格點能量的計算都是由 AutoDock 中的 AutoGrid 程序計算得出的，AutoDock 格點對接示意圖如左圖所示。AutoDock 格點對接的基本流程如下：首先，用圍繞受體活性位點的氨基酸殘基形成一個范圍更大的 Box，然后用不同類型的原子作為探針（probe）進行掃描，計算格點能量，此部分任務(wù)由 AutoGrid 程序完成。然后 AutoDock 程序?qū)?a href="/hebeideji/1606935435725462625.html">配體在 Box 范圍內(nèi)進行構(gòu)象搜索（conformational search），最后根據(jù)配體的不同構(gòu)象(conformation)，方向（orientation）、位置（position）及能量（能量）進行評分（scoring），最后對結(jié)果進行排序（ranking）。

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工作原理

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