Aspectos teóricos e instalação de programas de Docking Molecular

e fala aí pessoal beleza aqui quem fala que eu sou a Marcele não de hoje vamos conhecer um pouco sobre o DOC molecular que é uma ferramenta muito importante esse add Bora lá como visto anteriormente o DOC molecular também chamado de ancoragem molecular ancoramento molecular docagem molecular em português é uma das muitas ferramentas computacionais que podem ser utilizadas na descoberta de fármacos trata-se de uma técnica baseada na estrutura SBD a partir do qual é possível analisar as possíveis interações existentes entre o ligante e a macromolécula alvo assim essa técnica nos permite calcular a energia de interação do complexo elegante macromolécula por meio de uma função de pontuação Scorpion fornecendo uma estimativa da afinidade existente entre eles essa predição a cidade é baseada na conformação e orientação adotada pelo gigante em um sítio de ligação presente nova molecular O que é chamado de pose Desse modo é possível avaliar como ligante se ajusta ao sítio de ligação ou seja é possível observar a complementaridade molecular existente entre o elegante eo alvo o DOC molecular apresenta diversas aplicações no contexto da descoberta de fármacos por exemplo pode ser empregado para racionalizar atividades ligantes em um alvo de interesse por meio da análise das interações e complementariedade existente entre o elegante eo alvo molecular permitindo assim a utilização de substâncias líderes previamente identificadas por mês de ensaio in vitro ou e vivo pode ser utilizada também para realizar uma triagem virtual baseada na estrutura do inglês instrutor base virtual Spring sbvs nesse processo milhares ou até mesmo milhões de possíveis gigantes podem ser avaliados perante um ovo molett E identificando-se assim a que deslizante com alto potencial de interação com o alvo esses gigantes selecionados podem ser então sintetizados e testados Para verificação da atividade desejada em comparação com a triagem de alto rendimento hts e a descoberta serendipity em laboratório o DOC molecular pode avaliar o maior número de substâncias de maneira mais rápida e com menor custo sendo Portanto o método extremamente útil para a identificação de substâncias líderes além dessas aplicações o DOC molecular também pode ser utilizado para identificar possíveis alvos para os quais uma série de ligantes apresenta uma boa complementariedade o que é chamado de busca pelo alvo um target o DOC molecular também nos permite identificar alvos moleculares potencialmente responsáveis por reações adversas inesperadas a medicamentos previsão off target outra aplicação do Doki em a identificação de elegantes que se ligam simultaneamente a um Pool de alvos selecionados de interesse O que é conhecido como pode farmacologia por o que molecular pode ser utilizado para identificação de novos usos para fármacos conhecidos cujos perfeito de segurança já foram utilizados o que é conhecido como reposicionamento de fármacos de acordo com a evolução dos modelos de reconhecimento molecular várias abordagens de Doc molecular foram sendo desenvolvidas ao longo do tempo nos primeiros metros de Doc relatados foram baseados na teoria chave fechadura proposta por Fischer em 1890 onde tanto o ligante quanto o receptor podem ser tratados como corpos rígidos e a sua afinidade é diretamente proporcional ao ajuste geométrico entre suas formas Ou seja é baseado na complementariedade tridimensional existente entre imigrante e alvo esse modelo deu origem a abordagem denominada doc rígido mais tarde a teoria do ajuste induzido proposta por cochilando em 1958 sugeriu que o ligante o receptor deveriam ser tratados como flexíveis durante o processo de reconhecimento visando maximizar as forças de ligação entre eles e assim como a complementaridade tridimensional proposta por Fischer é alcançado esse modelo deu origem a abordagem denominada doc flexível que pode ser feita considerando-se apenas a flexibilidade do ligante ou considerando a flexibilidade do ligante e do alvo sobretudo das regiões diretamente envolvidas no processo de reconhecimento com rápido aumento da capacidade de computação o DOC in the elegant flexível e alvo rígido se tornou um protocolo padrão no Doc de proteína elegante pois devido ao grande número de graus de liberdade da proteína usualmente ela é considerada rígida então o procedimento de Doc Elegante e alvo totalmente flexível é de uma ordem de magnitude maior em termos de número de graus de liberdade do que o DOC no flexível com algo rígido consequentemente esses algoritmos de Doc flexível não apenas prevêem o modo de ligação de uma molécula com mais precisão do que algoritmo de algo rígido mas também a sua afinidade de ligação em relação a outros compostos entretanto o custo e não elevado e deve ser avaliado mais decentemente em 2003 bo Young e colaboradores observarão que as proteínas podem sofrer alterações conformacionais muito maiores Portanto propuseram o modelo denominado conjunto de conformações esse modelo descreve as proteínas como um conjunto pré-existentes de estados conformacionais onde a plasticidade da proteína permite que ela morde de um estado para o outro assim esse modelo explica a flexibilidade EA complexidade dos Estados conformacionais de proteínas esse modelo deu origem a abordagem denominada ensemble doc onde múltiplas estruturas de proteínas são utilizados como um conjunto para o doc em com ligante bem vamos agora compreender alguns fundamentos de Doc molecular Com estes serão consideradas as interações ligante alvo molecular sendo ligante flexível e o alvo rígido o DOC molecular é uma abordagem baseada em mecânica molecular para analisar o ajuste de um gigante em um local de ligação tridimensional a mecânica molecular é o método clássico que considera as moléculas o esferas representando os átomos conectadas por molas representando as ligações onde as equações da física clássica são aplicadas apenas aos núcleos desde considerando assim os elétrons para relembrar esses conceitos Assista o vídeo princípio de modelagem molecular que estar aqui no card apesar de existirem diferentes programas de Doc molecular que possuem metodologias distintas como por exemplo Alto do A4 autodock Vina os fios lockserver o gold dentre outros todos eles apresentam semelhanças na sua organização onde duas operações comuns são realizadas em primeiro lugar o algoritmo de busca realiza uma pesquisa no espaço conformacional disponível para o ligante procurando diferentes conformações e orientações desse ligantes no complexo ou seja busca diferentes poses em seguida uma função de pontuação é aplicada para calcular a energia do complexo com base nas interações não covalentes existentes entre o ligante e a macromolécula O que representa afinidade e não entre eles idealmente os algoritmos de busca devem ser capazes de reproduzir o modo de ligação experimental EA função de pontuação também deve classificá-la como mais provável dentre todas as informações geradas apesar de diferenças nessas operações os programas de Doc molecular geralmente usam o mesmo algoritmo para ambas as tarefas alguns programas podem incluir a facilidade de realizar a pontuação por consenso quando várias funções são incluídas o que auxilia na redução da prevalência de falsos positivos em um estudo de Doc é válido ressaltar que os algoritmos diferem no peso dado a determinadas interações não covalentes e o parâmetros entrópicos Produzindo um conjunto diversificado de resultados para o mesmo banco de dados de ligantes no mesmo alvo portanto compreender a ênfase particular dado esses parâmetros para o algoritmo escolhido auxilia na interpretação dessa diversidade de acordo com a flexibilidade do ligante é tratada os algoritmos de busca podem ser agrupadas em três categorias amplas a primeira categoria é A sistemática na qual conformação do ligante é construída de forma incremental a partir de partes rígidas individuais ou por meio de uma busca exaustiva no espaço conformacional Portanto o aumento do grau de liberdade aumenta o número de avaliações requeridas a serem realizadas pelo algoritmo ocasionando assim o aumento no tempo necessário para a sua execução a segunda categoria denominada a busca randômica ou estocástica esses algoritmos buscam encontrar uma pose Inicial dentro do sítio de ligação por meio de uma utilização de energia Global utilizando métodos como algoritmos genéticos ou abordagem de Monte Carlo para relembrar um pouco sobre esses algoritmos de busca Assista o vídeo sobre análise conformacional que está aqui no card a terceira categoria envolve métodos determinísticos onde o estado Inicial é responsável por determinar o movimento que pode ser feito para gerar o próximo estado que geralmente deve ser igual ou menor e energia do que o estado inicial a dia o colar também o baseado nos princípios da mecânica clássica e fornece informações sobre o comportamento dinâmico microscópico dependente do tempo dos átomos individuais que compõem o sistema nesse caso o complexo de gantt alvo no entanto as simulações de dinâmica molecular são frequentemente incapazes de cruzar a barreira de Alta Energia dentro de período de estimulação viáveis e portanto podem acomodar apenas ligantes em mínimos locais da superfície de energia assim muitas vezes é feito uma tentativa de simular diferentes partes do sistema proteína elegante em diferentes temperaturas outro estratégias para abordar o problema dos mínimos locais é iniciar os cálculos de dinâmica molecular a partir de diferentes posições dos ligantes a simulação de dinâmica molecular geralmente é completada com etapas curtas de minimização de energia embora dinâmica seja o método de alto custo computacional ela tem algumas vantagens como por exemplo não há necessidade de se aplicar nenhuma função especializada a pontuação em contraste com a dinâmica molecular os métodos de minimização de energia raramente são utilizados como técnica de pesquisa autónomas já que apenas mínimos de energia local podem ser alcançados mas muitas vezes complementam outros métodos de pesquisa incluindo um Monte Carlo avaliação e classificação das conformações do ligante previstas é um aspecto crucial da triagem virtual baseada na estrutura mesmo quando a exposição previstas corretamente os cálculos em última análise não tem sucesso se não diferenciarem a esposa de corretas das incorretas e ser gigante verdadeiros não puderem ser identificados portanto a implementação de funções de pontuação confiáveis é de fundamental importância as funções de pontuação implementadas e programas de Doc fazem várias proposições simplificações na avaliação dos complexos modelados e não levam em conta totalmente uma série de fenômenos físicos que determinam reconhecimento molecular como por exemplo efeitos entrópicos essencialmente te a função de pontuação são atualmente aplicadas baseadas em campo de força empíricas e baseadas em conhecimento podendo haver ainda a combinação de alguma delas dando origem às funções e híbridas os campos de força da mecânica molecular geralmente quantificam a soma de duas energias a energia de interação receptor-ligante e a energia interna do ligante a maioria das funções de pontuação de campo de força considera apenas uma única conformação de proteína O que torna possível omitir o cálculo da energia da proteína O que significa muitas a pontuação as interações entre o ligante receptor são geralmente descritas usando termos de energia eletrostática e de wunderwald as funções de pontuação do campo de força tem grande limitações porque foram Originalmente formuladas para modelar os contribuições entalpicas em fase gasosa para estrutura e portanto não incluem a sua votação em termos entrópicos a pontuação baseada no campo de força é ainda mais complicada pelo fato e somente requer a introdução de distâncias de corte para o tratamento de interações não-ligantes que são escolhidas mais ou menos arbitrariamente e complica o tratamento preciso dos efeitos de longo alcance envolvidos na ligação as funções de pontuação empíricas são baseadas na reprodução de dados experimentais como energias de ligação e o com informações por meio da soma de várias funções para metalizadas Essas funções de pontuação são produzidas com base na ideia de que as energias de ligação podem ser aproximadas por uma soma de termos individuais não correlacionados os coeficientes dos vários termos são obtidos por análise de regressão usando a energia de ligação determinadas experimentalmente e informações obtidas por cristalografia de raio-x as funções de pontuação empíricas são geralmente mais simples do que as funções baseadas em campo de força portanto os cálculos de pontuação empíricos são mais rápidos com o número crescente de complexos proteína ligante construtoras 3D conhecidas as funções podem ser treinadas com o número maior de afinidade de ligação conhecidas O que leva ao desenvolvimento de funções de pontuação apropriados para vários ligantes entretanto uma desvantagem desse método é justamente a sua dependência do conjunto de dados moleculares utilizados para realizar as análises de regressão e ajuste como consequência os termos de função de pontuação ajustados de forma diferente não podem ser facilmente recombinados em uma nova função de pontuação as funções de pontuação baseadas em conhecimento são métodos estatísticos onde os parâmetros das funções potenciais são extraídas da informação de estruturas tridimensionais determinadas experimentalmente essa abordagem incorpora implicitamente interações físicas do tipo eletrostática wunderwald interações catchup onde a alta frequência de ocorrência ou não ocorrência de interações átomo átomo específicas é considerada como representando um contato favorável é favorável respectivamente assim esses dados são convertidos em um pseudopotencial também conhecido como potencial de força média que descreve as geometrias preferidas dos átomos em Paris proteína ligante as funções de pontuação baseadas no conhecimento em comparação com as baseadas em campo de força e baseadas empiricamente oferecem um bom equilíbrio entre precisão e velocidade uma vez que o cálculo é relativamente simples e os potenciais são extraídos das estruturas conhecidas dos complexos proteínas ligantes Essas funções também são capazes de capturar e principalmente os efeitos de ligação que são difíceis de modelar explicitamente como por exemplos de orações enxofre aromático e catchup uma desvantagem é que sua derivação é essencialmente baseado em informações implicitamente codificadas em conjuntos limitados de estruturas complexas de proteína elegante existem ainda algumas funções de pontuação híbridas que não podem ser facilmente classificadas em qualquer uma das categorias listadas anteriormente se combinam dois ou mais tipos de função em uma nova função de pontuação em geral a função de pontuação híbrida é uma combinação de dois ou mais componentes das funções de pontuação derivado de um procedimento de ajuste de regressão linear múltipla nessa tabela a título de exemplo estão listados alguns programas utilizados para simulações de Doc molecular e algumas de suas características como por exemplo tipo de licença a compatibilidade com sistemas operacionais se podem considerar flexibilidade da proteína e quais os algoritmos de busca função de pontuação empregados vamos destacar aqui os programas autodock4 e Gold que serão utilizados nas próximas aulas o Alto do A4 possui uma licença livre para fins acadêmicos e pode ser instalada em Windows Linux ou Mac iOS já o gold tem uma licença comercial mas a Capes assina se a licença para fins acadêmicos como veremos a seguir o gold pode ser instalado em um Windows e Mac iOS apenas ambos os programas o último genéticos para buscar as melhores poses e possuem funções de pontuação diversificadas vamos agora Verificar como proceder as instalações dos programas de Doc molecular que serão utilizados em nosso projeto começando pelo autodoc 4. 2. 6 vamos começar baixando o MDL Tools versão 1.

5. 6 que funciona como uma interface gráfica para o autodoc para isso acesse esse domínio que estará na descrição do vídeo e procure a versão compatível para o seu sistema operacional aqui a título de exemplo eu vou trabalhar com o Windows então Clique na opção mgl Tools versão 32bits setup. Executável após o download abra o arquivo executável a seguir basta seguir os passos da instalação clicando em sim next aceitar os termos de licença next e finish em seguida vamos baixar o autodoc 4.

2. 1 é através desse seguinte link que também estará na descrição do vídeo novamente selecionamos a versão para o sistema operacional que estamos trabalhando como indicado em vermelho em seguida abrimos novamente o arquivo executável chamado autodocs Sweet 4. 2.

6 e seguimos os passos da instalação clicando em sim Install e Klose ao final do processo o atalho para acessar o volta do atitude estará na sua área de trabalho a instalação do Gold é um pouco mais complexa uma vez que a licença para utilização desse programa é obtida via Capes para isso temos que acessar o acesso remoto via Cafe como vocês já sabem fazer caso não se recordem estar aqui também no card o vídeo sobre o sai Fire onde a gente aprende como realizar nesse processo após acesso via Cafe verifique realmente se você está acessando remotamente pela UEL na busca por e entre com a letra c e procurem a opção quem Bridge structure data base csd que é a base Onde estará o programa Gold para acessar a base de estruturas cristalinas você deve criar uma conta para a criação dessa conta basta preencher esse seguinte formulário onde você deve utilizar o seu e-mail Acadêmico da UEL uma vez criada a conta acesse a conta como indicado em vermelho depois de criada a sua conta e acessar o site irão aparecer os aplicativos disponíveis para download indicados e vermelho devemos baixar então a versão compatível com o nosso sistema operacional do programa CS de 2020 é um programa pesado Então pode levar um tempo após o programa se rebaixado Siga os passos da instalação clicando em next next aceitar os termos de licença next next novamente quando aparecer essa tela select componentes e se assinalar apenas as opções do csd e novamente clique em next na tela Mercury Faro associations também certifique-se de clicar em todas as extensões como destacado em vermelho nessa figura então depois clicar em next na tela Hermes em Gold files associations também clicar em todas as opções e clicar em next e em seguida aparecerá a tela software activeation onde você deverá selecionar a primeira opção activate se esse diy portfólio Now e clicar em next na tela registrei chão de trios aparecerá um campo onde a gente deve adicionar a chave de ativação essa chave de ativação você vai encontrar na sua conta do csd que aparece disponível abaixo das opções de download dos programas como indicado em vermelho nessa tela de activate telemetry marcar a primeira opção em seguida clicar em next e em seguida e essa outra tela onde já estão marcadas as duas opções e você vai clicar em finish o atalho para utilização do Gold também aparecerá na sua área de trabalho e para acessar o programa basta clicar duas vezes nesse círculo então na aula de hoje aprenderemos sobre o DOC molecular que é uma estratégia de ser add baseada na estrutura do alvo molecular classificado então como é se de bebê que apresenta diversas aplicações sobretudo no contexto da identificação e utilização de substâncias líderes temos que existem vários programas de Doc molecular disponíveis mais que todos eles realizam pelo menos duas operações básicas a primeira é a busca pela pose adequada que é feita por meio de algoritmos de busca e por fim a avaliação das afinidades dessas poses por meio de funções de pontuação por fim aprendemos a instalar os dois programas que utilizaremos em nosso projeto que são autodoc.