下载文档原格式
Discovery Studio 药物发现与生物大分子计算模拟平台个人电脑上的全新分子建模环境，专业的生命科学分子模拟软件[PDF资料下载]Discovery Studio™ (简称DS), 基于Windows/Linux系统和个人电脑、面向生命科学领域的新一代分子建模和模拟环境。
它服务于生命科学领域的实验生物学家、药物化学家、结构生物学家、计算生物学家和计算化学家，应用于蛋白质结构功能研究，以及药物发现。
为科学家提供易用的蛋白质模拟、优化和药物设计工具。
通过高质量的图形、多年验证的技术以及集成的环境，DS将实验数据的保存、管理与专业水准的建模、模拟工具集成在一起，为研究队伍的合作与信息共享提供平台。
建立在最新的流程管理平台Pipeline Pilot基础上的DS让数据的共享和交流变得更为方便和简洁。
DS 中的部分功能流程(protocols)可以在Pipeline Pilot中进行编辑和组合，编辑组合而得的新流程可以导入Discovery Studio中使用，这样使得科研流程的方便共享成为可能。
同时，Pipeline Pilot这个开放平台技术还为使用者整合自己的或第三方的软件工具提供了接口。
科研人员可以在一个统一的平台上完成从基因到先导化合物设计的一系列工作，并且可以通过web形式共享研究成果。
DS的服务器-客户端模式使得科研人员能够最方便且最大限度地实现计算资源共享。
DS目前的主要功能包括：蛋白质的表征（包括蛋白-蛋白相互作用）、同源建模、分子力学计算和分子动力学模拟、基于结构药物设计工具（包括配体-蛋白质相互作用、全新药物设计和分子对接）、基于小分子的药物设计工具（包括定量构效关系、药效团、数据库筛选、AD MET）和组合库的设计与分析等。
DS 可以应用于生命科学以下研究领域：新药发现，生物信息学，结构生物学，酶学，免疫学，病毒学，遗传与发育生物学，肿瘤研究。
一、Discovery Studio功能模块简介二、Discovery Studio可以运行的硬件平台三、Accelrys软件应用于生命科学Accelrys软件应用于生命科学Discovery Studio功能模块简介- 基本界面和显示模块Discovery Studio StandaloneDiscovery Studio Visualizer Client- 蛋白质模拟模块DS MODELERDS Protein RefineDS Protein HealthDS Protein FamiliesDS Sequence Analysis- 基于结构的药物发现和设计模块DS Flexible DockingDS LigandFitDS LigandScoreDS LibDockDS CDOCKE RDS Protein DockingDS LudiDS De Novo EvolutionDS LigandFit CAP/ DS Ludi CAPDS GOLD interface- 基于药效团的药物发现和设计模块DS Catalyst ConformationDS Catalyst HypothesisDS Catalyst SBPDS Catalyst ScoreDS Catalyst ShapeDS Catalyst DB BuildDS Catalyst DB SearchDS De Novo Ligand BuilderHypoDBPCDB (PharmaCoreDB)- 基于小分子的药物发现和设计模块DS QSA RGFA ComponentVAMP Descriptors Component/ DMol3 Descriptors ComponentDS Library DesignDS ADMETDS TOPKAT- 分子力学和分子动力学计算模块DS CHARMmDS CHARMm LiteDS CFF (高级II类力场)DS MMFF (Merck Molecular Force Field)- 分析模块DS BiopolymerDS Analysis基本界面和显示模块·Discovery Studio Standalone可视化界面，是利用Discovery Studio软件进行分子设计和模拟的基础，支持服务器-客户端安装在同一台机器上的运行模式。
抗体3D结构的预测（MODEL ANTIBODIES）教程介绍抗体分子是生物学和医学领域用途最为广泛的蛋白分子。
以肿瘤特异性抗原或肿瘤相关性抗原、抗原独特型决定簇、细胞因子及其受体、激素及一些癌基因产物作为靶分子，利用传统的免疫方法或通过细胞工程、基因工程等技术制备的多克隆抗体、单克隆抗体、基因工程抗体广泛应用于疾病诊断、治疗及科学研究等领域，并以其毒副作用小、天然和高度特异性的疗效，创造出了巨大的社会效益和经济效益。
抗体和抗体-抗原复合物的结构通常被用于了解基于抗体的药物的作用机制,在抗体工程上提供帮助。
X射线晶体学方法有助于抗体结构的解析，但是与计算模拟相比，耗费的经济成本和时间成本太高。
本教程中使用DS基于一个合成人类Fv区域的序列构建3D抗体模型，相对于X射线晶体结构选择性评估模型的质量。
随着大量的抗体Fv区域、Fab区域和高度保守区的结构被解析出来，使用同源模建的方法构建抗体结构成为可能。
构建一个抗体Fv或Fab区域结构模型的一个典型的流程是首先根据已知抗体模板结构构建框架结构，然后必要的时候使用额外的模板优化互补决定区。
在本教程中的任务包括以下几个步骤：♦结构模板的识别♦抗体Framework区模型的构建♦构建抗体Loop区♦模型可靠性的评估抗体序列的分析和识别载入序列。
在本教程中对于序列的分析这一步对于构建抗体结构不是必须的，但是对于序列上述两个序列依次分别为抗体MA5的重链（H）序列和轻链（L）序列。
计算完成之后会自动打开一个序列注释结果窗口（如上图），蓝色的表示轻链可变区，粉红色的表示CDR loop区，同样的结构域在序列注释窗口显示同样的颜色。
如果你在序列注释窗口中选择一段loop区，相应的氨基酸会在下方的序列窗口中以同样的颜色显示出来。
小技巧：鼠标右键点击序列窗口的标尺工具可以选择Residue ID，显示出每个氨基酸的残基号。
同理，可以用同样的方法把重链的序列分析注释显示出来。
Discovery Studio MCSS教程MCSS –基于片段的分子对接技术介绍目前，分子对接技术已经成为基于结构的药物设计（Structure-based drug design）中一种常用的计算机辅助药物设计方法。
但当对接的配体分子尺寸及柔性均很大，采用分子对接方法很难准确的找到配体分子在靶标结构中正确的位置（location）、取向（orientation）、构象（conformation）。
故为了更加准确的确定配体分子中相应的片段（基团）在靶标结构中结合位点处的正确位置（position），可以采用基于片段的药物设计方法（Fragment based drug design）。
Discovery Studio采用经典的MCSS算法实现FBDD。
MCSS作为一种片段对接的方法，可以被用来分析靶标结构中配体结合位点的特性。
采用此方法，分子片段先被随机放置在结合位点中，然后程序采用CHARMm对这些随机片段进行能量优化以找到最适的片段位置。
片段采用独立的MCSS_Score来打分和排序。
本教程中，布洛芬片段被对接进入COX-1受体的结合位点中。
对接得到的片段将与晶体结构中布洛芬的原始构象进行叠合比较。
该教程涵盖如下内容：●准备MCSS●运行MCSS●分析MCSS结果准备MCSS在文件浏览器（Files Explorer）中，打开Samples | Tutorials | Receptor-Ligand Interactions | 1EQG.dsv。
DS将在一个新的3D窗口中打开该受体，且受体活性中心的结合球显示在屏幕中心。
（图1）在工具浏览器（Tools Explorer）中，展开Receptor-Ligand Interactions | Define and Edit Binding Site，点击Show/Hide Residues Outside Sphere，然后点击Show/Hide Sphere。
Discovery Studio基本操作介绍在使用软件进行课题研究前，我们首先应该了解并掌握该软件使用的一些基本操作。
为后续的体系处理做好准备工作。
这个教程包括：●小分子配体准备●蛋白文件的处理小分子配体准备在Discovery Studio（DS）中，可以直接构建分子结构，也可以将在其它画图软件中画好的结构直接拷贝到DS中，本教程演示如何在DS中构建小分子结构。
1. 调用Sketching功能从View菜单下，打开Toolbars，选择Sketching。
Toolbars中将显示各种Sketching的工具，这些工具可以用来构建化合物的初始结构。
2. 利用Sketching构建化合物的3D空间构象打开一个分子显示窗口（Molecule Window），菜单栏File|New|Molecule Window。
注：DS中有四种窗口模式，包括Molecule window（显示分子结构），Protein Sequence Window （显示蛋白序列），Nucleotide Sequence Window（显示核酸序列），Script Window（显示脚本语言），因此我们需要根据载入的文件类型选择窗口。
DS中构建化合物的3D空间构象非常容易，也非常灵活。
本教程以以下化合物为示例，以图示的方法演示如何构建化合物的结构。
NHCl OOSOHNNH选择，在窗口中画出结构1。
点击（可以通过菜单栏View|Toolbars|Sketching调出）将其选中，然后选择菜单栏Chemistry|Bond|Aromatic得到结构2。
选择，鼠标指于芳环单键处并单击，构建稠环结构3。
选择，构建连接单键，再选择，鼠标指于C原子处并单击构建环状结构，最后得到结构4。
选择和构建单键和环状结构，选择再次点击相应的键就可以构建双键结构，最终可得到结构5。
更换元素类型，选中某个碳原子，选择菜单栏Chemistry|Element更换相应元素即可，最后得结构6。
附录：准备一个PDB文件作为同源性建模模板同源建模的基本原理是，你映射的一个未知的蛋白质序列一种已知蛋白质的结构。
因此，如果你没有已知的蛋白质，或模板，你将无法建立模型。
模板的共同来源是蛋白质在结构生物信息学研究的实验室数据银行（目标）。
该网站RCSB是HTTP：/ /。
org /。
蛋白质数据库（PDB）可能是世界上领先的公共源三维生物分子数据（1）。
截至七月2006，超过37000项可在PDB。
每个月都有更多的人加入。
X射线衍射仪和其它固态技术占大多数的结构。
然而，超过5500的核磁共振结构还可用。
这些沉积的结构包括蛋白质，肽，核酸，碳水化合物，这些分子的配合物。
在发现工作室环境中工作的这些分子是一个关键的过程给你的建模工作。
这个练习如何准备一个PDB文件作为一个模板同源建模项目。
你将在课程中学习如何：•加载PDB文件直接从蛋白质数据银行，•生产和检验蛋白质报告，•清除晶体单元电池，•分裂分子，•删除不需要的组件，和保存已完成的文件。
1、开始发现工作室2在3D窗口中显示的结构是两人HDAC8蛋白的晶体结构在复杂的抑制剂，684个晶体的水，和几个离子。
抑制剂是曲古抑菌素A，一个很的结构。
3、检查蛋白质报告在深入了解蛋白质，我们应该花一点时间来看看有什么。
一种快连锁。
但我们要清楚我们几个非原子以及。
4、删除单元电池晶体单元单元在分子力学计算中的意义不大。
有时它只是更容易这个文件是由多个部分组成的。
我们可以通过层次结构查看组件其他练习窗口。
然而，我们实际上可以分开的组件的PDB文件更快的四的成分是蛋白质（1t64_a和1t64_b），配体（1t64_nonprotein），和结晶水（1t64_water）。
拆分命令的三个选项允许在如何处理对象的操作中有一定的灵活性。
所有打出的层次结构视图中所有链和非蛋白结构为独立的对象，并列出每个氨基酸序列为序列单独序列。
蛋白打出所有的蛋白链结构为独立的对象层次结构中的每个视图和列表的氨基酸序列为序列单独序列。
拉伸动力学计算结合自由能介绍拉伸分子动力学模拟可以使原来在微妙至秒时间范围内发生的生物物理过程在纳秒尺度内进行模拟，从而动态再现目前实验所无法提供的一些过程，如蛋白去折叠、配体解离和构象变化等过程。
上述这些过程可以通过在拉伸动力学模拟中让事件按照指定方向主动发生，而不像在标准分子动力学模拟中需要被动等待事件的发生。
本教程中，我们使用T4溶菌酶蛋白作为研究目标，模拟配体2-丙基苯酚从活性口袋的解离的过程。
具体见参考文献(J. Mol. Biol.2009, 394, 747-763). 本教程假定你已经熟悉建立和运行标准分子动力学模拟的过程。
对于该体系的SMD模拟比较复杂，因为配体的位置位于结合口袋的深处，而且将配体从结合口袋里拉出来的同时伴随着蛋白的散开，退出配体和蛋白的复原等过程。
1．准备蛋白配体模拟体系从菜单File | Open URL，在ID框中填入3HTB之后点击Open。
选择Macromolecules | Protein Report工具栏，点击Protein Report工具栏下方的Protein Report，通过蛋白报告可以检查出该蛋白是否有缺失残疾或其它需要校正的地方。
然后点击Prepare Protein工具栏下方的Clean Protein按钮，对蛋白质进行简单清理，该过程主要是包括删除蛋白文件中多余的构象，为蛋白加上N端和C端等过程。
接下来我们将手动删除蛋白中的晶体水分子和盐。
通过Ctrl+H打开Hierarchy View窗口，见下图，选择Water点击键盘上的Delete删除水分子。
另外第二个A链是磷酸根基团、BME残基和JZ4配体。
删除磷酸根基团和BME残基，保留JZ4配体和蛋白。
到这里，体系已经准备好了，接下来是给体系加入立场参数和水盒子，然后准备动力学模拟。
在做拉伸动力学之前需要使用标准动力学方法将复合物进行能量最小化，短的平衡过程和动力学模拟过程。
选择Simulation | Change Forcefield工具栏，在其下方的Forcefield中选择CHARMm力场，Partial Charge中选择Momany-Rone电荷，之后点击Apply Forcefield应用所选的力场和电荷。
预测蛋白聚集位点（Protein Aggregation）教程介绍抗体等具有治疗功能的蛋白，如果处于比较高的浓度下，会有发生聚集的趋势。
这会导致抗体的活性下降，并引起免疫反应。
抗体的聚集趋势计算是一种衡量蛋白表面氨基酸聚集倾向性的指标。
具有比较高的聚集趋势得分的位点表明了该区域的氨基酸倾向于发生聚集。
因此这些位点的预测，使得我们可以通过氨基酸定点突变的方法来改造蛋白，增强其稳定性。
本教程使用Calculate Aggregation Scores对一个全长IgG1抗体分子(PDB号为1h2h)进行蛋白聚集位点的预测计算，并分析预测的结果。
本教程涵盖如下内容：●聚集趋势得分的计算●分析蛋白聚集位点聚集趋势得分计算在文件浏览器（Files Explorer）中，展开Samples | Tutorials | Protein Modeling文件夹，双击1hzh.pdb文件。
DS将在一个新的3D窗口中打开该蛋白。
图1 1hzh分子窗口Ctrl+H打开Hierarchy窗口，然后选中Water，点击Delete删除蛋白结构中的结晶水分子。
在工具浏览器（Tools Explorer）中，展开Simulation | Change Forcefield，将Forcefield设为CHARMm Polar H，然后点击Apply Forcefield，这将为蛋白赋上CHARMm Polar H力场。
图2 Apply Forcefield设置界面在工具浏览器（Tools Explorer）中，展开Macromolecules | Predict Protein Aggregation工具面板，点击Calculate Aggregation Scores。
在弹出的参数设置界面中，将Input Typed Protein设为1hzh:1HZH，将Cutoff Radius设为5,7,10。
点击Run运行该任务。
该任务在奔腾4，2Gb内存和2.8GHz的计算机平台上运行大约需要3分钟。
Discovery Studio Grow Scoffold教程Grow Scoffold –活性位点先导化合物优化介绍先导化合物优化是一个复杂过程，为了得到一个临床前候选药物，通常需要对有前景化合物及骨架不断地进行化学结构优化，以提高化合物的活性、选择性、生物利用度、药效及药代动力学性质，并降低毒性。
该过程通常是药物开发过程中的瓶颈。
通过使用实用且有效的先导化合物优化软件，根据可获取的化合物试剂的快速推荐出容易合成的候选化合物的结构。
基于结构的先导化合物优化主要集中于蛋白靶点的活性位点的化合物结构的设计。
Grow Scaffold工具可以根据蛋白靶点活性位点的特点，通过基于化学反应的原位生长（reaction-based in situ enumeration）方法来找出那些能够产生潜在化合物的试剂，并对它们进行打分排序。
p38α是一个典型的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，属于丝分裂原活化蛋白激酶（mitogen activated protein kinase）家族。
它在内皮、免疫和炎性细胞中广泛表达，在肿瘤坏死因子和白细胞介素- 1等促炎症细胞因子产生的调控中扮演着重要作用。
实验已经证明，选择性地抑制其中任何一个细胞因子都能够有效治疗各种炎症和免疫疾病，如风湿性关节炎、炎症性肠病,败血性休克,和骨质疏松症。
二芳基脲是p38α的一个先导化合物，BoehringerIngelheim首先对它开展了先导化合物优化，随后Pfizer也开展了相关研究（图1）。
图1 p38α的先导化合物及优化过的先导化合物在本教程中你将使用Grow Scaffold流程来重现BoehringerIngelheim及Pfizer通过结构优化所发现的化合物。
本教程分为两部分：（一）使用基于反应的原位生长方法产生优化过的先导化合物（二）使用自定义反应来产生先导化合物（一）使用基于反应的原位生长方法产生优化过的先导化合物1.执行优化计算图2蛋白质三维结构示意图复合物结构采用PDB号为1KV2的晶体结构，本教程中所采用的该结构文件已经从PDB 库中下载并经过Prepare Protein模块处理。
