共价对接后的复合物如何使用amber的MM-GBSA计算结合自由能

fuchg

老师们好，我现在在做蛋白-小分子共价对接后生成复合物的分子动力学模拟，是将小分子与其连接的CYS按照非标准氨基酸残基进行处理，在完成动力学模拟后，我想使用MM-GBSA方法对这一体系进行结合自由能的计算，但是由于本身是将小分子与其连接的CYS按照一个整体来处理的，这就导致他没办法想其他非共价连接的小分子那样有明确的复合物、受体、配体的拓扑文件，我看有方法是将小分子与其连接的CYS当做配体，从复合物中切割出来，所以我也按照这个思路进行操作，现在配体就变为小分子+CYS，受体变为切割后的其他氨基酸，下面是我计算的结果：

Differences (Complex - Receptor - Ligand):
Energy Component            Average              Std. Dev.   Std. Err. of Mean
-------------------------------------------------------------------------------
BOND                         0.7325                0.7249              0.0072
ANGLE                        2.3240                1.1873              0.0119
DIHED                       16.7632                1.5251              0.0153
VDWAALS                    -53.5241                3.8758              0.0388
EEL                       -141.0535                4.4309              0.0443
1-4 VDW                      1.9263                0.5893              0.0059
1-4 EEL                    120.3867                2.9379              0.0294
EGB                         38.5234                3.1512              0.0315
ESURF                       -6.5544                0.3542              0.0035

DELTA G gas                -52.4449                5.2163              0.0522
DELTA G solv                31.9691                3.0468              0.0305

DELTA TOTAL                -20.4758                4.1007              0.0410


可以发现由于将小分子+CYS从复合物中切割出来作为配体，导致出现了bond，angle，dihed，1-4 VDW和1-4 EEL这些项，所以想请教各位老师：
1. 这种把小分子+CYS从复合物中切割出来作为配体从而完成结合自由能计算的方法是否可取或者是正确的呢？
2. 如果这种方法不正确的话，那有什么方法来实现共价复合物的结合自由能计算呢？
3. 如果这种方法是正确的话，bond，angle，dihed，1-4 VDW和1-4 EEL这些项是否应该纳入考虑，例如将VDWAALS和1-4 VDW的数值加在一起来考虑整个体系的范德华相互作用的贡献呢？

student0618

不可以用普通分子力场MMPBSA，普通分子力场无法描述成键断键。
其实搜搜Amber mailing list开发者都说了。

fuchg

student0618 发表于 2026-6-25 19:13
不可以用普通分子力场MMPBSA，普通分子力场无法描述成键断键。
其实搜搜Amber mailing list开发者都说了。

老师好，我主要是想对这一批共价对接的小分子进行比较，没有考虑共价键本身对这一结合的影响，这样的话也需要用其他的力场嘛

sobereva

生物分子力场的成键相关项都是用相应的平衡几何坐标作为能量零点的，从原理上就没法计算共价结合的键能，涉及到截断共价键的结合自由能也自然无法计算

fuchg

sobereva 发表于 2026-6-26 21:49
生物分子力场的成键相关项都是用相应的平衡几何坐标作为能量零点的，从原理上就没法计算共价结合的键能，涉 ...

谢谢sob老师，那如果说我们想看这个共价小分子结合到这一蛋白的其他关键相互作用的话是跑一个共价对接后的模拟比较好还是跑一个没有进行共价对接的模拟比较好呢？

sobereva

fuchg 发表于 2026-6-29 15:27
谢谢sob老师，那如果说我们想看这个共价小分子结合到这一蛋白的其他关键相互作用的话是跑一个共价对接后 ...

如果你是指共价结合上去的小分子与体系周围的弱相互作用的话，肯定是得对共价对接完的结构进行模拟

gsd

共价小分子因为涉及成键、断键的过程，所以简单的基于分子力学结合能计算方法（比如MM/PBSA）原理上不适用。如果是主要考虑非共价相互作用部分，那么我觉得下面几个方法可能可以接受：

1. 炼金术相对结合自由能：先确定结构相似的化合物是否具有相似的结合模式，然后找一个有共有结构的化合物做参照，算炼金术相对结合自由能。这种方法应该还比较算原理合理，因为它本来就有在蛋白残基突变方面的应用。缺点是没有残基分解的方法；

2. MM/PBSA稳定能计算+残基分解：分解能量到配体和连接残基上，贡献评估修饰变化对复合物稳定性的影响，某种意义上可以提供点信息，但残基分解计算的数值好像靠谱程度比较低，很少看见有文章这么操作；

3. MM/PBSA结合能计算：直接把共价配体当非共价配体算，原理上不合适。

然后MD是跑共价复合物还是非共价复合物，我觉得都有其道理。共价复合物更贴合实际，跑完可以分析结构和相互作用的稳定性，从中推断出哪个相互作用对维持结合构象重要。
而非共价复合物的话，如果能明确配体共价反应前有明显的非共价结合阶段，那么我觉得非共价复合物的MD也有参考价值。另外就是，非共价复合物的话，MM/PBSA算结合自由能就没有争议了。

fuchg

sobereva 发表于 2026-6-29 16:50
如果你是指共价结合上去的小分子与体系周围的弱相互作用的话，肯定是得对共价对接完的结构进行模拟

好哒，谢谢sob老师

fuchg

gsd 发表于 2026-6-29 17:50
共价小分子因为涉及成键、断键的过程，所以简单的基于分子力学结合能计算方法（比如MM/PBSA）原理上不适用 ...

好的，谢谢老师，我参考一下