一种计算配体结合自由能的精简通用方法及其在 GPCR 结合胆固醇上的应用

受体-配体结合平衡理论在生物化学中早已确立，且主要构建用于描述稀水溶液。因此，除稀各向同性溶液外，鲜有计算方法被开发用于定量预测结合概率。现有方法从简单的自动对接程序到基于复杂热力学的方法，均以可溶性蛋白为出发点而开发。生物学与药理学上相关的蛋白-配体相互作用常发生于复杂环境中，包括膜等层状相以及拥挤的非稀释溶液。在此我们重审配体结合平衡的理论基础，避免描述受体-配体结合时几乎总被采用的过度特定假设。基于此形式体系，我们将渐近精确的炼金自由能微扰技术拓展至量化复杂体相（包括相分离、各向异性或非稀释溶液）中蛋白上位点的占据率，采用热力学一致且易推广的方法，解决了当前框架中的若干歧义。为纳入复杂体相而不使整体热力学循环过度复杂，我们简化了配体约束的常用方法，在 AFEP 从蛋白解耦时使用单一距结合构型距离（DBC）配体约束。DBC 约束应可推广至大多数小分子的绑定模式，即便那些具有强取向依赖的也不例外。我们将此方法应用于计算膜胆固醇在一系列浓度下结合到 3 种 GPCR 已知晶体学位点的可能性。胆固醇在二元胆固醇:POPC 双层中的非理想性被表征并一致地纳入解释。