谈谈FEP中unbound state的选取

        二体间的相互作用无需多言，但多体呢？

        先举几个具体例子。

        蛋白结合ATP类似物（带三磷酸），这个小分子带着一个镁离子和蛋白结合，现在要优化这个小分子分子。如果你认为小分子先结合镁离子，再结合蛋白，采用的做法是unbound state加入镁离子，这意味着小分子和镁离子作为一个整体才是我们要研究和优化的分子。如果蛋白络合了一个锌离子，且小分子不参与络合，那么你自然会把蛋白和锌离子看作一个整体，它们不会出现在unbound state中。

        pHLA-TCR体系：HLA和TCR像汉堡的两片面包一样把peptide夹在中间。HLA在内质网中结合peptide，它们被转运到细胞膜上后再结合TCR，所以不管突变谁，研究的都是：（1）HLA和peptide的亲和力；（2）pHLA整体和TCR的亲和力。我们并没有去算过TCR和peptide单独的亲和力；在问题（2）中，突变peptide时，也并不会把ddG拆成peptide和HLA、peptide和TCR的亲和力。

        一种简单的方法是合并其中的某几个组分，变回二体问题。这种情况下，unbound state的选取取决于具体的生物过程，取决于始态和终态是什么，或你的热力学循环是什么。你先搞清楚每一步反应是谁结合谁，找到你感兴趣的两部分（如蛋白、小分子）的两个复合物（各自结合了它们所需的组分，即锌离子和镁离子, respectively），下一部它们结合了，bound和unbound state就此确定。在ATP类似物的例子中，就是小分子先结合镁离子，蛋白结合锌离子，然后两个复合物结合。

        然而，其他的组分真的不重要吗？在ATP类似物的例子中，如果你的突变是在三磷酸部分（如把O变成NH；严格考虑的话，所有小分子的突变都会对结合镁离子的能力有影响），可就要谨慎考虑了。如果你突变的部分与其他组分相距较远，大可以看成一个复合物；否则，unbound state就考虑了你的突变对小分子结合镁离子能力的影响（受体是镁离子）。这时如果unbound state不带镁离子，计算的ddG就是小分子先结合镁离子再结合蛋白这一系列过程的ΔG之差，这不是更符合实际的生物过程吗？那么按照这个逻辑，unbound state就应该只有要突变的那个小分子。也许你会说ATP在细胞内可能一直与镁离子紧密结合，可以看成整体与蛋白结合，但加入的ATP类似物第一步要和ATP竞争结合镁离子，也就仍需考虑镁离子的结合能力。

        事实上蛋白结合镁离子的位点也有2~3个带负电的残基，和ATP共同形成六配位。失去蛋白的情况下，镁离子的配位模式很可能发生变化（这和力场等操作性因素就有关系了），或者说不稳定，比如镁离子和三个磷原子上的氧都有互作，被它们包起来。这增加了对镁离子结合能力的影响，尤其是有统计误差时，如采样不充分、重复次数不够多。也就是说，从两种unbound state得到的ddG数值有零点几kcal的区别。那应该报道哪一个呢？

        bound和unbound state必须在MD模拟中稳定。对于DNA聚合酶，也许没有蛋白时第二个镁离子跟ATP的结合根本就不稳定，不能放在unbound state。如果需要bound state下所有的组分才能稳定住这个辅助组分，那还不如在unbound state把它删掉，只能为了可操作性而牺牲一下，除非先加restrain再去掉，好麻烦。如果要突变的组分单独存在时不稳定，就更麻烦了。至于大分子，如多亚基蛋白、dsRNA要去结合一个靶蛋白，突变前者时，也许可以保留所有的亚基/单链，毕竟要保持整体的构象。

        总结下来，无论有没有辅助组分，unbound state都应只选取要突变的那个分子，当然前提是MD中结构稳定。

        各位看官，您怎么看？本人还没有丰富的经验，请多指教~