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研究论文\（\def\h填{\hskip5em}\def\hfil{\hski p3em}\def\eqno#1{\hfil{#1}}\）

期刊徽标生物
结晶学
国际标准编号：1399-0047
第60卷| 第8部分| 2004年8月| 第1355-1363页
doi:10.1107/S0907444904011679

PRODRG项目：蛋白质-配体复合物高通量晶体学工具

十字标记_颜色_方形_文本.svg
亚历山大·舒特尔科夫一和Daan M.F.van Aalten公司一*

一苏格兰邓迪DD1 5EH道街邓迪大学生命科学学院威康信托生物中心生物化学和分子微生物学部
*通信电子邮件：dava@davapc1.bioch.dundee.ac.uk

(收到日期：2004年2月25日； 2004年5月13日接受)

小分子拓扑发生器PRODRG项目描述了，它从现有坐标或各种二维格式中获取输入，并自动生成适合X射线的坐标和分子拓扑精细化蛋白质-配体复合物。剑桥结构数据库中的一个子集化合物的拓扑结构自动生成和能量最小化的测试结果表明，在经验的限制范围内GROMOS公司使用87个力场，生成具有良好几何形状的结构。X射线精细化在里面X-­PLOR公司/中枢神经系统, 雷夫马克和SHELX公司使用PRODRG项目-生成的拓扑生成的结果与精细化使用标准库中的拓扑。然而，用扭曲的起始坐标进行的测试表明PRODRG项目拓扑结构在配体几何和晶体学方面表现得更好R（右）因素。

1.简介

随着基于结构的药物设计技术的兴起（戴维斯综述等。, 2003【Davis，A.M.、Teague，S.J.和Kleywegt，G.J.（2003）。Angew.Chem.Int.Ed.Engl.422718-2736。】)在整个设计过程中，重要的是要有支持配体/抑制剂的软件。首先，需要构建药物的坐标或修改现有分子，然后将药物对接到活性位点和/或精细化根据X射线衍射数据分析蛋白质-药物复合物。然后需要根据详细的氢键几何结构或其他评分功能来检查蛋白质与药物的相互作用（Brooijmans&Kuntz，2003年进行了综述【Brooijmans，N.&Kuntz，I.D.（2003），《生物物理与生物分子结构年鉴》32，335-373。】). 在此过程中，药物与不同类型的软件相互作用，对于每种类型的软件，都有各种各样的软件包可供使用（Davis等。, 2003【Davis，A.M.、Teague，S.J.和Kleywegt，G.J.（2003）。Angew.Chem.Int.Ed.Engl.422718-2736。】). 使这些计算机程序了解所涉及的药物的拓扑结构通常是一个费力的过程，并且在没有结构信息的情况下，很容易出错，因为键的长度和角度常常需要猜测（Kleywegt等。, 2003【Kleywegt，G.J.、Henrick，K.、Dodson，E.J.和van Aalten，D.M.F.（2003）。结构，11，1051-1059。】). 在当前向高通量晶体学发展的过程中，需要对大量蛋白质-抑制剂复合物进行精炼和评估，这增加了对高度自动化的需求（布伦德尔等。, 2002【Blundell，T.L.，Jhoti，H.&Abell，C.（2002），《自然·药物评论》，Discov.1，45-54。】). 同样，目前正在使用对接方法对小分子文库进行虚拟筛选（Richards，2002）【Richards，W.G.（2002），《药物发现自然评论》，第1期，第551-555页。】). 为了能够创建、对接和优化小分子的大型库，需要一个快速、准确和公开可用的程序，以便从各种输入格式（二维和三维表示）为该过程中使用的各种计算机软件包创建拓扑信息。这里是程序的新版本PRODRG项目描述了执行所有这些任务的。该程序根据剑桥结构数据库（CSD；Allen，2002）进行测试【Allen，F.H.（2002），《水晶学报》，B58，380-388。】)以及一些蛋白质-配体复合物。

2.详细信息PRODRG项目算法

2.1.PRODRG项目基础知识

The basics of thePRODRG项目算法已经在前面描述过了（van Aalten等。1996年[Aalten，D.M.F.van，Bywater，R.，Findlay，J.B.C.，Hendlich，M.，Hooft，R.W.W.&Vriend，G.（1996），《计算机辅助分子设计杂志》，第10期，第255-262页。]); 因此，这里只给出一个简短的概述。的主要目的PRODRG项目为可用于X射线的小分子提供拓扑信息精细化，分子动力学模拟、分子模型和对接研究。 PRODRG项目目前仅限于含有H、C、N、O、P、S、F、Cl、Br或I原子的分子；此外，不支持具有四个以上键的原子以及卤素和非C原子之间的某些类型的键。

以前，PRODRG项目仅接受PDB格式（PDB模式）的坐标作为输入（van Aalten等。1996年[Aalten，D.M.F.van，Bywater，R.，Findlay，J.B.C.，Hendlich，M.，Hooft，R.W.W.&Vriend，G.（1996），《计算机辅助分子设计杂志》，第10期，第255-262页。]). 现在已经扩展了这一功能，增加了两种输入模式。第一种方法允许将分子描述为简单的ASCII绘图（TXT模式），如图1所示[链接]TXT模式表示分子的可移植描述（它可以在任何操作系统中的任何文本编辑器中创建和编辑），其易于被人类和机器解释。原子之间可以形成单键、双键和三键手性（下文讨论）由描述原子的字母表示。第二种新模式是流行的MDL Molfile/SDfile格式（MOL模式），它用于诸如化学绘图（美国马萨诸塞州剑桥软件公司）和ISIS公司/绘制（MDL Information Systems，California，USA），也由基于Java的JME编辑器编写（Ertl&Jacob，1997）[Ertl，P.&Jacob，O.（1997），《Theochem》，第419、113-120页。]).

[图1]
图1
TXT输入模式。(一)3,7-二甲基-1-丙炔黄嘌呤作为TXT输入的示例。单键可以输入为–或|，双键输入为=或“，三键输入为#.原子必须用键隔开，而未连接的键/原子必须用空白隔开`不接受对角线连接。H原子可以包括在内，但将被忽略。(b条)输入TXT图形时的常见错误。左（乙醇）自上而下：图纸正确；H原子的无用包含；缺少债券。右（环氧乙烷）从上到下：正确的图纸；O和C-C键之间没有空格；对角线连接至O(c（c）)手性可以使用小写元素符号更改原子的。

初始处理后的净结果PRODRG项目是一个连接表，包含非H原子之间的键杂交状态和信息手性（见van Aalten等。1996年[Aalten，D.M.F.van，Bywater，R.，Findlay，J.B.C.，Hendlich，M.，Hooft，R.W.W.&Vriend，G.（1996），《计算机辅助分子设计杂志》，第10期，第255-262页。]以获取完整描述）。所有其他信息，例如输入中的所有坐标和H原子，都将被忽略。这具有以下优点PRODRG项目使用相同的信息进入后续步骤，无论这是由什么决定的：小分子输入通过因此，TXT模式将导致与所提供的相同分子相同的拓扑结构和衍生信息通过高分辨率晶体结构。

2.2. 质子化状态的测定

生成初始连接表后，确定可能的酰胺N原子，并确定芳香系统的存在/范围。芳香度检测基于Hückel的4n个+2规则，但不限于单环系统。有了这些信息，就可以添加H原子，从而满足预期的价，即使在某些情况下，程序将添加更少或更多的H原子，以便例如羧酸盐保持去质子化，而胍基团完全质子化。PRODRG项目提供了三条用于修改输入或生成结构的语句。其中两个，INSHYD<原子>和DELHYD<原子>允许通过向原子中添加或从中移除氢来改变任何原子的质子化状态（图2[链接]). 第三个命令，PATCH<原子><值>，用于强制杂交原子的(价值=1、2、3服务提供商, 服务提供商2或服务提供商三杂交）或反转手性中心(价值= −1). 因此，它提供了一个简单的工具来动态修改现有结构，但可以修改杂交赋值在下列情况下也很有用PRODRG项目曲解输入坐标不良。

[图2]
图2
的使用INSHYD公司和DELHYD公司生成组氨酸的不同质子化状态。对于一些简单分子PRODRG项目将自动生成有意义的/标准的原子名称，在这种情况下，允许咪唑环的两个N原子寻址为ND1和NE2。

2.3. 坐标生成和能量最小化

H原子赋值后生成拓扑，用于GROMACS公司（贝伦德森等。, 1995【Berendsen，H.J.C.，van der Spoel，D.&van Drunen，R.（1995），《计算物理通讯》91，43-56。】; 林达尔等。, 2001[Lindahl，E.，Hess，B.和van der Spoel，D.（2001），《分子医学杂志》第7期，第306-317页。]). 如果需要，PRODRG项目然后可以使用GROMACS公司生成坐标从头算对于分子或能量最小化用户提供的坐标。能量最小化通过最陡下降最多50 000步，使用ffgmxGROMACS公司力场扩展11 用于容纳卤素的其他原子类型，服务提供商-杂化原子和其他化学特征。新原子类型的参数由大约47个确定 000个实验测定的CSD小分子结构（见下文）。

2.4. 程序输出

除了GROMACS公司拓扑和分子坐标，以PDB格式写出，GROMOS公司/GROMACS公司格式和MDL Molfile格式，PRODRG项目现在生成用于许多其他程序的拓扑。这包括晶体细化/建模程序[X-PLOR公司（布伦格，1988年【Brünger，A.T.（1988），《分子生物学杂志》203，803-816。】),中枢神经系统（布伦格等。, 1998【Brünger，A.T.、Adams，P.D.、Clore，G.M.、DeLano，W.L.、Gros，P.、Grosse-Kunstleve，R.W.、Jiang，J.-S.、Kuszewski，J.、Nilges，M.、Pannu，N.S.、Read，R.J.、Rice，L.M.，Simonson，T.和Warren，G.L.（1998），《晶体学报》D54，905-921。】),雷夫马克5（穆尔舒多夫等。, 1997【Murshudov，G.N.，Vagin，A.A.&Dodson，E.J.（1997），《结晶学报》D53，240-255。】),SHELX公司（Sheldrick和Schneider，1997年[Sheldrick，G.M.和Schneider，T.R.（1997）。Enyzmol.方法277319-343。])和O（运行）（琼斯）等。, 1991【Jones，T.A.、Zou，J.Y.、Cowan，S.W.和Kjeldgaard，M.（1991），《结晶学报》A47，110-119。】)]以及对接程序[自动停靠2.4/3.0（莫里斯等。1996年【Morris，G.M.，Goodsell，D.S.，Huey，R.&Olson，A.J.（1996），《计算机辅助分子设计杂志》，第10期，第293-304页。】, 1998【Morris，G.M.、Goodsell，D.S.、Halliday，R.、Huey，R.，Hart，W.E.、Belew，R.K.和Olson，A.J.（1998），《计算化学杂志》第19期，1639-1662页。】),十六进制（Ritchie&Kemp，2000年[Ritchie，D.W.和Kemp，G.J.L.（2000）。蛋白质，39178-194。])]. 此外，PRODRG项目写出SYBYL2文件，许多计算化学和配体设计程序都可以读取这些文件。特别有用的是分子建模程序的拓扑结构如果…怎么办（弗里德，1990年[Vriend，G.（1990），《分子生物学杂志》，第8期，第52-56页。])，可精确自动测定蛋白质-配体氢键几何结构如果…怎么办的HB2算法（Hooft等。1996年[Hooft，R.W.W.，Sander，C.&Vriend，G.（1996）。蛋白质，26，363-376。]; 饶等。, 2003【Rao，F.V.、Houston，D.R.、Boot，R.G.、Aerts，J.M.F.、Sakuda，S.和van Aalten，D.M.F..（2003）《生物化学杂志》27820110-20116。】).

3.结果和讨论

3.1. CSD中化合物的测试

从CSD中选择一组化合物进行大规模测试PRODRG项目拓扑质量。如果化合物不包含C、H、N、O、P、S、F、Cl、Br和I以外的原子，则选择化合物。如果条目包含多个分子，则选择最大的分子。这导致46人 964种化合物由PRODRG项目小于11 2.0上的h 基于GHz AMD Athlon的Linux系统。对于每个化合物，生成完整的拓扑信息，然后使用生成的拓扑将能量最小化GROMACS公司包裹。46人中 964PRODRG项目运行，820次失败，原因如表1所示[链接].第46页 然后，将144个成功处理的结构与起始结构在键长、键角、不适当的二面角和坐标r.m.s.d方面进行比较（图3[链接]). 晶体学和PRODRG项目-生成的结构为0.040 键上的φ，角上的2.99°，反常二面体上的1.97°和0.26 Å在对齐坐标上。这些合理的结果反映了PRODRG项目的仅从坐标中提取拓扑信息的能力和GROMOS公司87使用基于力场的有限参数化。

表1
统计数据PRODRG项目运行～47 000个从CSD中选择的小分子X射线结构

故障原因PRODRG项目局限性包括含有四个以上连接原子的结构、无支撑的非碳卤键和少于三个原子的分子。如果能量最小化的重复尝试未能产生可接受的几何结构的ffgmx结果，则认为结构过于复杂GROMACS公司力场`不良输入几何体总结了异常几何体的结构，其解释导致无法解决的不一致，迫使PRODRG项目失败。
  化合物数量 时间（s） 时间/化合物
成功 46144 (98.3%) 37220.8 (96.6%) 0.81
整体故障 820 (1.7%) 1309.6 (3.4%) 1.60
 PRODRG项目限制 539 (1.1%) 16.6 (0.0%) 0.03
 输入太复杂 175 (0.4%) 1289.2 (3.3%) 7.37
 输入几何图形错误 106 (0.2%) 3.8 (0.0%) 0.04
[图3]
图3
晶体学和PRODRG项目-处理过的小分子结构。显示了键长、角度、不当二面角和坐标的r.m.s.d.值的直方图；平均r.m.s.d.用红线表示。

还有许多其他程序可以从连接表数据生成三维坐标（在Sadowski中进行了审查等。, 1994【Sadowski，J.，Gasteiger，J.&Klebe，G.（1994），《化学信息计算科学杂志》34，1000-1008。】，并在Gasteiger中更新等。1996年【Gasteiger，J.、Sadowski，J.和Schuur，J.，Selzer，P.、Steinhauer，L.和Steinhaue，V.（1996）。化学信息计算科学杂志36，1030-1037。】). 这些程序的目的是准确预测用于例如3D-­QSAR（定量结构-活性关系）研究。PRODRG项目-另一方面，生成的结构虽然通常能量低且具有化学意义，但既不能保证也不能表示输入化合物的绝对能量最小值。这是不必要的，因为PRODRG项目-生成的结构通常用作其他程序的起点，例如模型构建、晶体学精细化， 分子动力学或对接，这将决定最终的构象。

3.2. X射线精炼试验

PRODRG项目写出可用于X-PLOR公司/中枢神经系统, 雷夫马克5或SHELX公司适当模拟小分子化合物精细化根据X射线晶体学数据。自动生成的拓扑的质量是使用许多精细结构进行评估的，其中先前使用的小分子拓扑被替换为PRODRG项目根据TXT图纸生成的拓扑（图4[链接]一和4[链接]b条).精炼然后继续，初始和最终R（右）比较的因素，以及通过改变拓扑结构引入的小分子构象变化的指示，表示为原子位置上的r.m.s.d。在PRODRG项目-生成X-PLOR公司/中枢神经系统拓扑结构中，粘结力可通过单独的权重系数进行缩放，并对所有系统的值0.25、0.5、1.0、2.0和4.0进行了测试，以获得几何约束的最佳权重与小分子之间最小间距的X射线数据R（右）和R（右）自由的结果如表2所示[链接]和图4[链接](一)和4[链接](b条)，表明了这一点PRODRG项目拓扑结构在晶体细化中表现良好。

表2
X射线细节精细化蛋白质-配体复合物的测试PRODRG项目拓扑

所有测量数据都包含在细化中。显示了原始拓扑的来源（S，精化程序的标准库；M，手动生成的拓扑；L，使用LIB检查并手动验证）。额外的细化包括两个周期，100个位置细化步骤，然后是20个温度因子细化步骤(中枢神经系统)或十步(雷夫马克5). 真实空间R（右）使用以下公式计算系数O（运行）使用标准设置。ChiB、，粘质沙雷菌几丁质酶B（van Aalten等。, 2001【阿尔滕·D·M·F·凡、科曼德·D、辛斯塔德·B、戈塞德斯·S、彼得·M·G和艾森克·V·G·H·（2001）。美国国家科学院学报，98，8979-8984。】); SCP-2L，甾醇载体蛋白人类多功能酶2型的2型样结构域（Haapalainen等。, 2001【Haapalainen，A.M.，van Aalten，D.M.F.，Merilinen，G.，Jalonen，J.E.，Wierenga，R.K.，Hiltenen，J.K.和Glumoff，T.（2001），《分子生物学杂志》3131127-1138。】); ACBP，酰基辅酶A结合蛋白（未发表）；PTR1、，大型利什曼原虫蝶啶还原酶1（Gourley等。, 2001【Gourley，D.G.，Schüttelkopf，A.W.，Leonard，G.A.，Luba，J.，Hardy，L.W.，Beverley，S.M.&Hunter，W.N.（2001），《自然结构生物学》第8期，第521-525页。】; Schüttelkopf，2003年【Schüttelkopf，A.（2003），苏格兰邓迪大学博士论文。】); PYP、，嗜盐外霍乱螺旋体光活性黄色蛋白（van Aalten等。, 2002【阿尔滕·D·M·F·凡、克莱尔·W·、海林沃夫·K·和约书亚·托·L·（2002），《结晶学报》D58，585-590。】); 不适用；n/d，未存放。
蛋白质 ChiB公司 SCP-2升 ACBP公司 PTR1号机组 PTR1型 PYP公司
精炼计划 中枢神经系统 中枢神经系统 中枢神经系统 中枢神经系统 雷夫马克5 SHELX公司
原始拓扑 S公司 M（M） M（M） M（M） L（左） M（M）
PDB代码 1e6（电子） 1itk公司 无日期 1e92 无日期 1口
分辨率（Ω） 2.25 1.75 1.48 2.20 2.70 1.16
配体 抱怨5 Triton®声波风廓线仪X-100 巴丹 NADP公司+和DHB NADPH和蝶呤衍生物 咖啡酸
配体原子 142 25 16 260 332 20
首字母R（右）工作 0.189 0.192 0.200 0.198 0.205 0.162
首字母R（右）自由的 0.239 0.216 0.221 0.227 0.240 0.206
初始真实空间R（右） 0.123 0.060 0.064 0.132 0.190 0.099
最终R（右）工作 0.189 0.192 0.200 0.199 0.205 0.162
最终R（右）自由的 0.240 0.217 0.222 0.228 0.239 0.206
最终真实空间R（右） 0.121 0.060 0.063 0.132 0.190 0.104
配体W公司中枢神经系统 4 0.25 4 0.25 不适用 不适用
R.m.s.d.配体（Å） 0.14 0.16 0.15 0.06 0.08 0.06
[图4]
图4
的使用PRODRG项目-生成的拓扑。(一)GlcNAc公司5在ChiB（van Aalten等。, 2001【阿尔滕·D·M·F·凡、科曼德·D、辛斯塔德·B、戈塞德斯·S、彼得·M·G和艾森克·V·G·H·（2001）。美国国家科学院学报，98，8979-8984。】). 左，配体分子之前（青色）和之后（绿色）的立体图精细化用一个PRODRG项目-生成的拓扑。周围的蛋白质显示为半透明的卡通。右侧，用于生成拓扑的文本图形。(b条)作为(一)用于SCP-2L（Haapalainen）中的Triton®声波风廓线仪X-100等。, 2001【Haapalainen，A.M.，van Aalten，D.M.F.，Merilinen，G.，Jalonen，J.E.，Wierenga，R.K.，Hiltenen，J.K.和Glumoff，T.（2001），《分子生物学杂志》3131127-1138。】). (c（c）)来自人类中性粒细胞胶原酶（Gavuzzo）高分辨率结构（青色分子）的配体等。, 2000【Gavuzzo，E.，Pochetti，G.，Mazza，F.，Gallina，C.，Gorini，B.，D'Alessio，S.，Pieper，M.，Tschesche，H.&Tucker，P.A.（2000），《医学化学杂志》第43期，第3377-3385页。】)以较低的分辨率重新定义，并使用以下任一方法生成拓扑PRODRG项目（绿色分子）或图书馆检查（橙色分子）。同样，蛋白质被显示为半透明的卡通。右侧给出了配体[2-（联苯-4-磺酰基）-1,2,3,4-四氢异喹啉-3-羧酸]的化学结构。(d日)作为(c（c）)（3-氨基-2,5-二氧代-1-吡咯烷基）-乙酸栗疫菌内毒素胃蛋白酶（厄斯金等。, 2003【Erskine，P.T.，Coates，L.，Mall，S.，Gill，R.S.，Wood，S.P.，Myles，D.A.&Cooper，J.B.（2003），《蛋白质科学》第12期，1741-1749页。】). (e、 如果)不良输入几何形状对生成拓扑质量的影响，如“理想”起始结构的小分子坐标与之后的相同结构之间的r.m.s.d.所示精细化分辨率较低。这个精细化如表3所述[链接]使用由给定随机移位（填充正方形）扰动的坐标生成的拓扑重复。此外，相应的精细化给出了使用以坐标-依赖方式生成的拓扑的结果（空菱形）。对于PRODRG项目这意味着拓扑是根据TXT模式图纸生成的；对于XPLO2D系列可用的拓扑HIC-向上用于和LIB检查配体被吸入草图重量保持在表3中给出的值[链接](e（电子）)显示的结果精细化具有中枢神经系统和(（f）)的雷夫马克5

除了我们在这里描述的测试外，一些最近的研究描述了精细化蛋白质-配体复合物的PRODRG项目用于描述配体几何形状(例如埃克斯特罗姆等。, 2002【Ekstrom，J.L.，Pauly，T.A.，Carty，M.D.，Soeller，W.C.，Culp，J.，Danley，D.E.，Hoover，D.J.，Treadway，J.L，Gibbs，E.M.，Flettrick，R.J.，Day，Y.S.N.，Myszka，D.G.&Rath，V.L.（2002），《化学生物学》第9期，第915-924页。】; 埃文斯等。, 2002【Evans，J.C.，Huddler，D.P.，Jiracek，J..，Castro，C.，Millian，N.S.，Garrow，T.A.&Ludwig，M.L.（2002）.结构，101159-1171。】; 加多拉等。, 2002【Gadola，S.D.、Zaccai，N.R.、Harlos，K.、Shepherd，D.、Castro Palomino，J.C.、Ritter，G.、Schmidt，R.R.、Jones，E.Y.和Cerundolo，V.（2002），《自然免疫学》第3期，721-726页。】; 霍尔等。, 2002【Hall，D.R.，Bond，C.S.，Leonard，G.A.，Watt，I.，Berry，A.&Hunter，W.N.（2002），《生物化学杂志》27722018-22024。】; 马特伦等。, 2003[马特伦，U.，施勒贝格，C.，杰拉科维奇，S.，韦克塞尔，J.&舒尔茨，G.E.（2003）.化学生物学.10，997-1001。]; 尼科莱特等。, 2003【Nicolet，Y.，Lockridge，O.，Masson，P.，Fontecilla-Camps，J.C.&Nachon，F.（2003），《生物化学杂志》278，41141-41147。】; 扎瓦拉·鲁伊斯等。, 2003【Zavala-Ruiz，Z.，Sundberg，E.J.，Stone，J.D.，DeOliveira，D.B.，Chan，I.C.，Svendsen，J.，Mariuzza，R.A.&Stern，L.J.（2003），《生物化学杂志》278，44904-44912。】; 东等。, 2004[Dong，C.，Huang，F.，Deng，H.，Schaffrath，C.，Spencer，J.B.，O'Hagan，D.&Naismith，J.H.（2004）。《自然》（伦敦），427561-566。]).

3.3. 与类似项目的比较

3.3.1.XPLO2D系列/HIC-向上

乌普萨拉软件工厂计划XPLO2D系列（克莱维格特，1995年【Kleywegt，G.J.（1995）.Jnt CCP4/ESF-EACBM Newsl.Protein.Crystallogr.31，45-50.】)可用于生成拓扑，以便与其他拓扑一起使用，X-PLOR公司/中枢神经系统和O（运行）从小分子坐标系。对于PDB条目中存在的小分子HIC-向上服务（Kleywegt&Jones，1998【Kleywegt，G.J.&Jones，T.A.（1998），《结晶学报》，D54，1119-1131。】)提供所需的坐标（从PDB收集）以及预先生成的坐标XPLO2D系列拓扑结构。不同于PRODRG项目，它总是使用自己的GROMOS公司87衍生参数，XPLO2D系列从输入坐标导出拓扑参数，从而隐式假设这些参数是正确的（Kleywegt等。, 2003【Kleywegt，G.J.、Henrick，K.、Dodson，E.J.和van Aalten，D.M.F.（2003）。结构，11，1051-1059。】).

比较XPLO2D系列-和PRODRG项目-生成的拓扑精细化具有中枢神经系统，多个高分辨率结构（≤1.2 从PDB中获得，并在将数据截断至2.8后重新定义 在轻微扰动（平均随机坐标偏移0.1）后，可选的？分辨率 根据原始配体坐标生成拓扑PRODRG项目或XPLO2D系列在所有情况下，优化了晶体重量，使其最低R（右）自由的.表3[链接]表明原始高分辨率配体和重新定义的配体之间的坐标r.m.s.d.s在两个拓扑源之间没有显著差异。考虑到XPLO2D系列，不像PRODRG项目，从“完美”输入结构中获取其参数，因此其拓扑可能会呈现出这种完美结构的更好模型。的值R（右）工作以及真实空间R（右）系数计算方法O（运行）通常类似于PRODRG项目-和XPLO2D系列-基于精细化跑；另一方面，R（右）自由的使用时始终较低PRODRG项目-生成的拓扑。在所有情况下，坐标受扰动或未受扰动的运行的r.m.s.d.s基本相同，表明结果的质量不会受到任一拓扑“过于松散”的显著影响。

表3
低分辨率（2.8 高分辨率结构的重新定义

这个中枢神经系统细化协议包括两个30的循环 位置优化的步骤，然后是30 温度系数细化步骤；精炼雷夫马克5继续进行了十步。所有改进都是在原始结构和受平均位移0.1扰动的坐标上进行的 Å.R（右）工作，R（右）自由的，实际空间R（右）（计算单位：O（运行）使用默认设置）和最终配体r.m.s.d.值是针对用斜线分隔的未扰动和扰动情况给出的。HGPRT，弓形虫次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（Heroux等。, 2000【Heroux，A.，White，E.L.，Ross，L.J.，Juzin，A.P.&Borhani，D.W.（2000），结构，81309-1318。】); CBM29-2，马Piromyces equi29族碳水化合物结合模块（Charnock等。, 2002【Charnock，S.J.、Bolam，D.N.、Nurizzo，D.、Szabo，L.、McKie，V.A.、Gilbert，H.J.和Davies，G.J.（2002）。美国国家科学院院刊，99，14077-14082。】); HNC，人类中性粒细胞胶原酶（Gavuzzo等。, 2000【Gavuzzo，E.，Pochetti，G.，Mazza，F.，Gallina，C.，Gorini，B.，D'Alessio，S.，Pieper，M.，Tschesche，H.&Tucker，P.A.（2000），《医学化学杂志》第43期，第3377-3385页。】); DERA公司，大肠杆菌 D类-2-脱氧核糖-5-磷酸醛缩酶（海因等。, 2001[Heine，A.，DeSantis，G.，Luz，J.G.，Mitchell，M.，Wong，C.-H.&Wilson，I.A.（2001），《科学》，294，369-374.]); DHFR，人二氢叶酸还原酶（Klon等。, 2002【Klon，A.E.，Heroux，A.，Ross，L.J.，Pathak，V.，Johnson，C.A.，Piper，J.R.&Borhani，D.W.（2002），《分子生物学杂志》，第320期，第677-693页。】); EAPA、，栗疫菌内毒素胃蛋白酶（厄斯金等。, 2003[Erskine，P.T.、Coates，L.、Mall，S.、Gill，R.S.、Wood，S.P.、Myles，D.A.和Cooper，J.B.（2003）。蛋白质科学，第12期，1741-1749页。]); 磷酸核糖焦磷酸；BSI，2-（联苯-4-磺酰基）-1,2,3,4-四氢异喹啉-3-羧酸；LIH，6-[（5-喹啉氨基）甲基]-2,4-二氨基-5-甲基吡啶（2,3-D类)嘧啶；LOV，5-氨基-4-羟基-2-异丙基-7-甲基辛酸；SUI，（3-氨基-2,5-二氧-1-吡咯烷基）-乙酸。
蛋白质 HGPRT公司 CBM29-2型 核反应堆 DERA公司 DHFR公司 EAPA公司
PDB代码 1fsg（1fsg） 1千兆瓦 1i76 1jcj公司 1公里 1盎司
分辨率（Ω） 1.05 1.15 1.20 1.10 1.09 1.10
配体† PRPP和9-去扎根嘌呤 β-D类-葡萄糖 英国标准协会 D类-2-脱氧核糖-5-磷酸 LIH公司 LOV和SUI
配体原子 66 66 28 24 25 26
使用优化中枢神经系统(XPLO2D系列)
 总体W公司中枢神经系统 0.4 1 2 2 0.4 0.4
 R（右）工作 0.182/0.181 0.185/0.186 0.171/0.170 0.163/0.162 0.186/0.190 0.166/0.165
 R（右）自由的 2007年10月5日 0.235/0.238 0.226/0.221 0.220/0.224 0.224/0.225年 0.196/0.194
 实时空间R（右）因素 0.261/0.262 0.194/0.196 0.081/0.080 0.093/0.092 0.088/0.087 0.097/0.097
 相对标准偏差。i−f(Å) 0.16/0.16 0.32/0.32 0.13/0.14 0.11/0.12 0.22/0.23 0.10/0.10
使用优化中枢神经系统(PRODRG项目)
 总体W公司中枢神经系统 0.4 1 2 2 0.4 0.4
 R（右）工作 0.172/0.174 0.176/0.177 0.168/0.172 0.163/0.164 0.180/0.180 0.157/0.159
 R（右）自由的 0.187/0.192 0.214/0.210 0.205/0.209 0.215/0.220 0.213/0.214 0.182/0.184
 实时空间R（右）因素 0.261/0.264 0.192/0.193 0.081/0.079 0.093/0.092 0.088/0.087 0.096/0.097
 相对标准偏差。i−f公司(Å) 0.14/0.15 0.35/0.35 0.10/0.10 0.14/0.15 0.17/0.17 0.09/0.10
使用优化雷夫马克5 (LIB检查)
 总体W公司垫子 0.010 0.040 0.100 0.300 0.007 0.007
 R（右）工作 0.144/0.148 0.152/0.154 0.139/0.141 0.127/0.128 0.167/0.171 0.136/0.140
 R（右）自由的 0.151/0.157 0.161/0.168 0.174/0.178 0.190/0.194 0.178/0.180 0.146/0.145
 实时空间R（右）因素 0.042/0.042 0.031/0.031 0.011/0.010 0.014/0.014 0.012/0.012 0.014/0.013
 相对标准偏差。i−f(Å) 0.07/0.08 0.38/0.38 0.18/0.18 0.10/0.12 0.15/0.15 2010年8月8日
使用优化雷夫马克5 (PRODRG项目)
 总体W公司材料 0.010 0.040 0.100 0.300 0.007 0.007
 R（右）工作 0.145/0.152 0.152/0.154 0.138/0.140 0.127/0.128 1971年1月16日 0.136/0.141
 R（右）自由的 0.148/0.158 0.162/0.168 0.175/0.180 0.190/0.194 0.178/0.179 0.146/0.146
 实时空间R（右）因素 0.042/0.042 0.031/0.031 0.011/0.010 0.014/0.014 0.012/0.012 0.013/0.013
 相对标准偏差。i−f(Å) 0.06/0.08 0.39/0.38 0.06/0.07 0.11/0.12 0.15/0.15 0.05/0.07
†未用PRODRG项目-生成的拓扑(例如金属离子或分子，并在雷夫马克5个库）未列出。

接下来，研究了输入坐标质量的影响。这个精细化HGPRT（PDB代码1平方英尺)用重复了几次XPLO2D系列-和PRODRG项目-从配体坐标生成的拓扑结构，其随机坐标偏移增加（从0.05到0.25 （图4）[链接]e（电子）). 正如预期的那样XPLO2D系列-从属的精细化随着配体配位误差的增加，配体稳定性不断恶化。因为PRODRG项目使用表格参数，其拓扑对输入坐标的质量不太敏感，即使高于0.15的平均偏移 Å原子类型的错配开始发生（有趣的是，尽管在这种情况下，这些导致精细配体几何结构的最小改进）。为了进行比较，还显示了使用独立于输入坐标生成的拓扑获得的结果（图4中的空菱形[链接]e（电子）). 在PRODRG项目从二维描述生成的拓扑可以预期与从PDB输入导出的拓扑性能相同或更好，因为图纸允许化合物的规范具有更高的精度。事实上，在测试用例中，TXT生成的拓扑比配体PDB生成的拓扑性能稍好。或者，从以下位置获得拓扑HIC-向上：这取决于所需配体在质量相当高的PDB沉积结构中可用。在测试用例中，我们获得了坐标r.m.s.d.可能的最有利结果，因为HIC-向上使用的两种配体都来自结构1fsg（1fsg）因此与“理想”结构相同。

3.3.2.雷夫马克5/LIB检查

雷夫马克5附带了一个库，其中包含一些常见小分子的拓扑和参数，以及大量其他分子的拓扑（“最小描述”）（Murshudov等。, 1997【Murshudov，G.N.，Vagin，A.A.&Dodson，E.J.（1997），《结晶学报》D53，240-255。】). 当遇到一个小分子时，没有或只有一个最小的描述，雷夫马克5（使用相关程序LIB检查; 穆尔舒多夫等。, 1997【Murshudov，G.N.，Vagin，A.A.&Dodson，E.J.（1997），《结晶学报》D53，240-255。】)将生成一个完整的描述，在用户检查后，可用于精细化。此外，还可以通过在中绘制来交互输入复合描述草图，比如雷夫马克5，是中央处理器4套（协作计算项目，第4期，1994年[合作计算项目，第4期（1994年），《晶体学报》，D50，760-763。])，并从中生成拓扑和三维坐标。

使用优化雷夫马克5使用PRODRG项目-或LIB检查-生成的拓扑以与针对中枢神经系统/XPLO2D系列：X射线数据的重量在0.001和0.5之间变化。结果如表3所示[链接]. 与相同中枢神经系统，真实空间R（右）, R（右）工作在这种情况下R（右）自由的这两种拓扑都类似。对于两种拓扑结构，使用未扰动或扰动的启动结构导致的r.m.s.d.差异略大于使用中枢神经系统，但与所应用的平均坐标扰动相比仍然很小。

之间的性能差异PRODRG项目-和LIB检查-在六个测试用例中，有四个生成的拓扑很小。在剩下的两起案件中【HNC（Gavuzzo等。, 2000【Gavuzzo，E.，Pochetti，G.，Mazza，F.，Gallina，C.，Gorini，B.，D'Alessio，S.，Pieper，M.，Tschesche，H.&Tucker，P.A.（2000），《医学化学杂志》第43期，第3377-3385页。】)和EAPA（厄斯金等。, 2003【Erskine，P.T.，Coates，L.，Mall，S.，Gill，R.S.，Wood，S.P.，Myles，D.A.&Cooper，J.B.（2003），《蛋白质科学》第12期，1741-1749页。】)]的精细化使用PRODRG项目拓扑结构提供了明显更好的配体构象，具有r.m.s.d。LIB检查/均方根标准偏差。PRODRG项目≥ 1.5. 仔细观察表明，在HNC的情况下，由精细化使用LIB检查拓扑结构是不适当的平面约束覆盖配体的整个联苯部分的结果，即使在高分辨率结构中，如预期的那样，两个苯环的角度为～22°（图4[链接]c（c）); 在EAPA中，代表环化天冬氨酸二肽的残基的几何结构因LIB检查-由于两个原子类型错位而生成的拓扑：C2′和C3被错误地类型化为服务提供商2-杂交，导致键长太短（图4[链接]d日). 应该指出，这两种性能较差的化合物都不存在于雷夫马克5分布式图书馆，因此LIB检查必须在没有最小描述的帮助下生成拓扑。

的相对性能图书馆检查和PRODRG项目使用低质量配体坐标再次评估HGPRT的情况；结果如图4所示[链接](（f）). 如上所述PRODRG项目-生成的拓扑在随机坐标偏移0.15以上显示出一些恶化 通过TXT绘图或其他二维描述来定义配体，可以避免这种情况。LIB检查性能类似于PRODRG项目在这种情况下，尽管它的原子类型检测似乎对坐标误差更敏感。喜欢PRODRG项目, 图书馆检查通过在S中交互绘制拓扑，允许以真正协调独立的方式生成拓扑KETCHER公司程序。虽然这消除了对高质量配体坐标的需要，但基于GUI的程序相对繁琐，并且与高通量方法不兼容。

3.4. 当前限制

依赖PRODRG项目在GROMACS公司（GROMOS公司87力场）导致化合物范围的许多限制PRODRG项目可以处理。最显著的限制是程序支持的元素数量相对较少。虽然当前的选择（H、C、N、O、P、S、F、Cl、Br、I）允许加工多种生物分子和潜在药物，但其他元素至少覆盖B、As、Se和常见金属阳离子，如Fe2+/3+或镁2+将大大扩展此范围。另一个与力场相关的问题是可用于支撑元素的原子类型数量有限，偶尔会导致磷/硫化学和服务提供商-杂交原子。虽然当前版本的PRODRG项目，可以通过添加更多原子类型并将其参数化来实现进一步的改进。

进一步的限制包括无法检测某些芳香系统，如芘，其中含有4n个 π-电子。也，PRODRG项目目前不存储Molfiles或文本绘图中提供的键类型信息：所有计算仅基于杂交单个原子的状态。保存债券类型数据有助于解决某些歧义，例如在氢气放置中。

3.5. 结论

PRODRG项目为高通量蛋白质-配体晶体学提供快速、自动化和在给定限制范围内可靠的小分子拓扑和坐标访问。结晶学测试精细化向大家展示PRODRG项目-生成的拓扑通常与通过其他方法获得的拓扑具有相同的质量或更好的质量。PRODRG项目消除了生成拓扑时对高质量输入坐标或其他附加数据的要求，因为它甚至可以在分子的二维表示上操作，例如工业标准MDL Molfile/SDfile。还应注意的是PRODRG项目允许从晶体学角度在抑制剂设计过程的所有步骤中使用给定分子的一致描述精细化以及通过结构分析到分子动力学或对接研究的可视化。

的其他扩展PRODRG项目目前正在开发自动配体设计和优化的应用，以及PRODRG项目-基于自动识别和拟合电子密度图中小分子的算法。核心开发PRODRG项目应用旨在克服原子类型和力场方面的限制。一个特别的重点是实施一种新的协调生成机制，该机制将消除对GROMACS公司从PRODRG项目加快协调生产，最重要的是，为使用不同/新型力场开辟了道路。这反过来将允许支持其他原子类型，从而扩展PRODRG项目.

致谢

感谢惠康信托高级研究员和EMBO青年研究员（对DvA）的资助。我们要感谢查理·邦德对手稿的宝贵讨论和批评性阅读。用于学术研究PRODRG项目作为WWW服务免费提供https://davapc1.bioch.dundee.ac.uk/prodrg网站/Linux、IRIX、FreeBSD或Windows的二进制文件可根据要求提供。

工具书类

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期刊徽标生物
结晶学
国际标准编号：1399-0047
第60卷| 第8部分| 2004年8月| 第1355-1363页
doi:10.1107/S0907444904011679