Toward Accurate pH-Dependent Binding Constant Predictions Using Molecular Docking and Constant-pH MD Calculations

结合常数 常量(计算机编程) 分子动力学 对接(动物) 计算化学 化学 计算机科学 结合位点 生物化学 医学 护理部 程序设计语言
作者
Mohannad J. Yousef,Nuno F. B. Oliveira,João N. M. Vitorino,Pedro B. P. S. Reis,Piotr Drączkowski,Maciej Maj,Krzysztof Jóźwiak,Miguel Machuqueiro
出处
期刊:Journal of Chemical Theory and Computation [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.jctc.4c01291
摘要

pH is an important physicochemical property that modulates proteins' structure and interaction patterns. A simple change in a site's protonation state in an enzyme's catalytic pocket can strongly alter its activity and its affinity to substrate, products, or inhibitors. We addressed this pH effect issue by evaluating its impact on donepezil binding to acetylcholinesterase (AChE). We compared the binding affinities obtained from molecular docking (weighted from the protonation states sampled by constant-pH MD) with those from molecular mechanics/Poisson-Boltzmann surface area and isothermal titration calorimetry data. The computational methods showed a clear trend where donepezil binding to the catalytic cavity is improved with the drug protonation (lowering pH). However, the loss of binding affinity observed experimentally at pH 6.0 indicates that other phenomena eluding our computational approaches are occurring. Possible factors include the shape of the access tunnel to the AChE catalytic pocket (which is captured in our MD time scale) or an entropic penalty difference between neutral and protonated donepezil. Altogether, this work highlighted the need to improve our computational methods to capture the pH effects in protein/drug binding, while also exposing the limitations that will inevitably arise from these new advances.
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