【摘要】：環(huán)肽因其在序列和成環(huán)方式上的多樣性,顯示出豐富的結構多樣性與功能多樣性,在生化研究中扮演越來越重要的角色,如自組裝形成納米管結構、與靶點蛋白結合參與代謝調控等。本論文以分子動力學模擬為主要手段,在微觀至介觀尺度上對特定類型環(huán)肽與小分子、磷脂膜和蛋白質等物質之間的相互作用進行了理論研究。具有左/右旋交替殘基序列的首尾環(huán)肽可形成平環(huán)構象,平環(huán)間可反平行上下堆疊組裝成納米管結構,納米管空腔可用于遞送貨物分子。采用Amber全原子力場對c[-(Aa)5-]自組裝環(huán)肽納米管結構進行模擬,結果表明c[-(Aa)5-]反平行二聚體、八聚體和無限長納米管在298 K常溫和373 K高溫條件下均未發(fā)生解聚。反平行β-折疊片之間的單個氫鍵處于動態(tài)的生成和湮滅過程,但瞬時氫鍵總數(shù)足夠維持納米管結構不被破壞。通過傘狀取樣模擬繪制四甲基銨、膽堿和乙酰膽堿從外部水環(huán)境進入c[-(Aa)5-]反平行八聚體中心的平均力勢曲線,結果顯示三者進入過程的勢能均呈在波動中下降的趨勢,說明自組裝環(huán)肽納米管理論上具備遞送此三種貨物分子的能力。自組裝環(huán)肽納米管遞送乙酰膽堿可成為治療阿爾茨海默癥的潛在方案。然而,具有疏水側鏈的自組裝環(huán)肽納米管才能形成穩(wěn)定跨膜通道,為揭示疏水型納米管跨膜機制,采用Martini粗粒化力場系統(tǒng)考察了單體到八聚體聚合度下的c[-(Wl)4-]和c[-(Ql)4-]自組裝環(huán)肽納米管與DPPC甘油磷脂雙分子層相互作用形成跨膜通道的能力,結果顯示c[-(Wl)4-]納米管與DPPC脂雙層接觸后會首先水平浸沒入脂雙層,然后通過調整傾角來自發(fā)形成跨膜納米管通道,四聚體是c[-(Wl)4-]形成跨膜納米管通道的臨界聚合度;c[-(Ql)4-]納米管在所有聚合度下均無法形成橫跨DPPC脂雙層的通道結構。傘狀取樣模擬顯示提升聚合度導致c[-(Wl)4-]納米管跨膜過程勢能降低;導致c[-(Q1)4-]納米管跨膜過程勢能升高。c[-(Wl)4-]納米管形成跨膜通道后,納米管周邊的DPPC分子會進行調整與納米管結構相互契合,從而維持跨膜通道結構的穩(wěn)定性。此部分研究為設計新型跨膜納米管通道提供了理論依據(jù)。兩親型自組裝環(huán)肽納米管可通過毯式模型作用機制對細菌細胞膜和動物細胞膜表現(xiàn)出選擇破壞性,推測其選擇性與細胞膜特征參數(shù)相關。為驗證上述推測,構建包括 DPPE/DPPG、POPE/POPG、DOPE/DOPG 和 DPPC/DPPG、POPC/POPG、DOPC/DOPG在內的一系列Martini粗�；旌现p層并進行NPγT平衡模擬,系統(tǒng)考察了疏水尾端、極性頭端和表面張力對二元混合脂雙層的平衡特征參數(shù)所帶來的影響。結果顯示同等疏水尾端和極性頭端條件下,表面張力越大脂雙層越薄;同等表面張力和極性頭端條件下,脂雙層厚度按DPPXPOPXDOPX順序遞減;同等表面張力和疏水尾端條件下,脂雙層厚度按照PEPGPC順序遞減。對所有類型脂雙層進行匯總分析顯示脂雙層厚度、平面密度和有序度三個特征參數(shù)呈正相關性,其中脂雙層厚度與平面密度呈線性關系。c[-(Kl)4-]不會導致脂雙層破裂,c[-(Wl)2-(Wr)-(Rk)-]破裂脂雙層的臨界時間期望值與脂雙層平面密度呈指數(shù)關系。此部分研究為評估自組裝環(huán)肽抗生素選擇性提供了定性指標。西侖吉肽是典型環(huán)肽藥物,其研發(fā)過程非常具有指導意義。為建立研發(fā)環(huán)肽藥物的通用分子對接與虛擬篩選方法,以Amber全原子力場模擬獲取西侖吉肽骨架構象空間,并開展骨架構象空間與受體整合素αvβ3的分子對接,經(jīng)虛擬篩選后得到了與西侖吉肽晶體構象接近的對接構象,驗證了從分子動力學模擬獲取環(huán)肽骨架構象空間并將之用于分子對接的可行性。以另一種Ⅱ型糖尿病靶點蛋白二肽基肽酶-Ⅳ為測試對象,以直鏈三肽和四肽庫APX/APXX為配體進行初次對接和虛擬篩選,得到19條對二肽基肽酶-Ⅳ具有潛在抑制性的直鏈肽三肽和四肽序列�；诖�19條直鏈三肽和四肽構建序列為CPXGGGGC和CPXXGGGC的二硫鍵環(huán)肽,并經(jīng)分子動力學模擬獲取其各自骨架構象空間。對19條二硫鍵環(huán)肽的骨架構象空間進行二次分子對接和虛擬篩選,得到對二肽基肽酶-Ⅳ的IC50值為256 μM的二硫鍵環(huán)肽序列CPWGGGGC。此部分研究建立了環(huán)肽藥物的理論設計方法。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院過程工程研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O629.72
【圖文】：

肽指相鄰氨基酸之間氨基和羧基脫水縮合形成的聚合物。如果對肽的氨基逡逑酸殘基個數(shù)進行細分，殘基數(shù)２－２０之間是為寡肽，２１－５０之間是為多肽，５１以逡逑上是為蛋白質（圖１．１）。逡逑＼邋Ｏｌｉｇｏｐｅｐｔｉｄｅ邋｜邐Ｐｏｌｙｐｔｉｄｅ邐｜邋吸丨⑴邐逡逑２邐２０邐５０邋Ｒｅｓｉｄｕｅ邋ｃｏｕｎｔｓ逡逑圖１．１肽按照氨基酸殘基個數(shù)進行的分類逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｐｅｐｔｉｄｅｓ邋ｂａｓｅｄ邋ｏｎ邋ａｍｉｎｏ邋ａｃｉｄ邋ｒｅｓｉｄｕｅ邋ｃｏｕｎｔｓ逡逑過去幾十年里，臨床前藥物的研發(fā)模式經(jīng)歷了若千次重大改變。盡管如此，逡逑化學小分子藥物的研發(fā)一直占據(jù)統(tǒng)治地位。但隨著新型藥物的不斷上市，有效逡逑的構象空間（ｃｏｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｌ邋ｓｐａｃｅ）開采殆盡，化學小分子藥物研發(fā)的機會成本逡逑變得越來越高，風險也越來越大。有鑒于此，藥物化學家正在逐漸把研究興趣逡逑轉移到肽分子層面。相較于化學小分子而言，肽分子有其獨特優(yōu)勢：（１）制備逡逑肽分子所需固相合成技術己經(jīng)非常成熟。（２）肽分子通過調整主鏈ｃｐ￣二面角逡逑以及側鏈Ｘ二面角，可形成豐富的構象空間，且肽的構象空間大部分尚未被探逡逑索。（３）肽的降解產(chǎn)物為氨基酸，生物毒性低或沒有。逡逑盡管肽分子存在諸多優(yōu)勢

或側鏈端）共價連接所形成的閉合環(huán)狀結構，大多數(shù)環(huán)肽的殘基個數(shù)分布在寡邐．逡逑肽區(qū)域（圖１．１）。環(huán)肽成環(huán)方式多種多樣，標準氨基酸的三個功能基團之間除逡逑氮端－氮端、碳端－碳端無法共價連接外，其他共價連接方式均可實現(xiàn)（表１．１）。逡逑如果引入特殊氨基酸，環(huán)肽序列、成環(huán)方式和構象空間會在此基礎上增加一個逡逑數(shù)量級。逡逑表１．１標準氨基酸成環(huán)肽方式逡逑Ｔａｂｌｅ邋１．１邋Ｃｙｃｌｉｚａｔｉｏｎ邋ｐａｔｔｅｒｎｓ邋ｏｆ邋ｃｙｃｌｉｃ邋ｐｅｐｔｉｄｅｓ邋ｃｏｍｐｏｓｅｄ邋ｏｆ邋ｓｔａｎｄａｒｄ邋ａｍｉｎｏ邋ａｃｉｄｓ逡逑Ｃｙｃｌｉｚａｔｉｏｎ邋ｐａｔｔｅｒｎ邐Ａｍｉｎｏ邋ａｃｉｄｓ邋ｐａｒｔｉｃｉｐａｔｅ邋ｉｎ邐Ｂｏｎｄ邋ｐａｒｔｉｃｉｐａｔｅｓ邋ｉｎ逡逑邐ｃｙｃｌｉｚａｔｉｏｎ邐ｃｙｃｌｉｚａｔｉｏｎ邐逡逑Ｃ邋ｔｅｒｍｉｎｕｓ－Ｎ邋ｔｅｒｍｉｎｕｓ邐Ａｒｂｉｔｏｒｙ邋ａｍｉｎｏ邋ａｃｉｄｓ邐Ｐｅｐｔｉｄｅ邋ｂｏｎｄ邐逡逑Ｃｙｓ－Ｃｙｓ邐Ｄｉｓｕｌｆｉｄｅ邋ｂｏｎｄ逡逑Ｓｉｄｅ邋ｃｈａｉｎ－ｓｉｄｅ邋ｃｈａｉｎ邐Ａｓｐ／Ｇｌｕ－Ｌｙｓ邐Ｐｅｐｔｉｄｅ邋ｂｏｎｄ逡逑Ａｓｐ／Ｇｌｕ－Ｓｅｒ／Ｔｈｒ邐Ｅｓｔｅｒ邋ｂｏｎｄ邐逡逑Ｓｉｄｅ邋ｃｈｉａｎ－Ｎ邋ｔｅｒｍｉｎｕｓ邐Ａｓｐ／Ｇｌｕ－Ｎ邋ｔｅｒｍｉｎｕｓ邐Ｐｅｐｔｉｄｅ邋ｂｏｎｄ邐逡逑Ｃ邋ｔｅｒｍｉｎｕｓ－ｓｉｄｅ邋ｃｈａｉｎ邐Ｃ邋ｔｅｒｍｉａｕｓ－Ｌｙｓ邐Ｐｅｐｔｉｄｅ邋ｂｏｎｄ逡逑邐Ｃ邋ｔｅｍｕｎｕｓ－Ｓｅｒ／Ｔｈｒ邐Ｅｓｔｅｒ邋ｂｏｎｄ邐逡逑直鏈肽閉環(huán)后

而ｐ－螺旋單體長度不足以橫跨細胞膜形成離子通道，研究者進而猜測短桿菌肽逡逑是以氮端頭碰頭形式組成Ｐ－螺旋二聚體（Ｕｒｒｙ，邋１９７１）。該二聚體跨膜孔道結逡逑構假說后來經(jīng)由固態(tài)核磁共振證實（圖１．３）邋（Ｋｅｔｃｈｅｍ等．，１９９６；邋Ｋｅｔｃｈｅｍ等．，逡逑１９９３）。逡逑懰逡逑圖１．３短桿菌肽Ａ二聚體逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．３邋Ｇｒａｍｉｃｉｄｉｎ邋Ａ邋ｄｉｍｅｒ逡逑基于短桿菌肽二聚體跨膜孔道結構假說可以合理推測，由左旋氨基酸和右逡逑旋氨基酸交替排列構成的首尾相連環(huán)肽，理論上可以上下堆疊組裝在一起，形逡逑成類似于反平行Ｐ－折疊片的穩(wěn)定結構（ｄｅＳａｎｔｉｓ等．，１９７４）。其后有研究者合逡逑成了從四元環(huán)到八元環(huán)的一系列環(huán)肽，對環(huán)肽納米管假設進行了驗證，不過最逡逑早的實驗只檢測到了氫鍵，并未得到形成環(huán)肽納米管的直接證據(jù)（Ｔｏｍａｓｉｃ和逡逑Ｌ0ｒｅｎｚｉ，１９８７）。首例報道的可自組裝形成納米管結構的環(huán)肽序列為ｃ［－（Ｑａ－Ｅａ）２－］逡逑（ＳＣＰ１），實驗成功之處在于引入了谷氨酸，通過調節(jié)溶液ｐＨ可控制環(huán)肽的逡逑４逡逑

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 曹會群;高言明;楊春;林昌虎;吳明花;徐東升;;黔產(chǎn)太子參中太子參環(huán)肽B含量測定研究[J];微量元素與健康研究;2016年02期

2 傅興圣;鄒立思;劉訓紅;居文政;馬陽;侯婭;李艷蓉;;UPLC-ESI-TOF MS/MS分析太子參中環(huán)肽類成分[J];質譜學報;2013年03期

3 韓怡;巢建國;谷巍;張瑩;孫亞昕;;不同產(chǎn)地太子參環(huán)肽B含量測定[J];現(xiàn)代中藥研究與實踐;2012年05期

4 王媚;宋建平;韓樂;劉訓紅;王麗娟;鄒立思;傅興圣;;太子參環(huán)肽B含量分析及其動態(tài)研究[J];中藥材;2010年08期

5 項斌;杜國華;王煦辰;張書香;秦咸蘊;孔建強;程克棣;李永吉;王偉;;快速分離與鑒定天山堇菜中的天然環(huán)肽[J];藥學學報;2010年11期

6 韓超;陳軍輝;康海寧;王小如;黎先春;;反相高效液相色譜法測定太子參中的環(huán)肽Pseudostellarin B[J];分析試驗室;2007年01期

7 ;植物環(huán)肽中國發(fā)現(xiàn)110多個[J];食品工業(yè);2007年05期

8 譚寧華;;植物環(huán)肽[J];云南民族大學學報(自然科學版);2007年04期

9 龍康侯;林永成;;環(huán)肽Cyclo-[(gly)Thz-Pro-Leu-Val-(L和D)-(gln)Thz]的合成[J];中山大學學報(自然科學版);1988年04期

10 蹇敦龍,龍康侯;六肽Ile-Thr-(Val)Thz-Ile-Thr-(Val)Thz的合成[J];應用化學;1989年05期

相關會議論文 前10條

1 譚寧華;;含環(huán)肽中藥的資源與化學及新藥研究[A];中國化學會第十屆全國天然有機化學學術會議論文集——第一分會場：天然產(chǎn)物分離和結構鑒定[C];2014年

2 譚寧華;;多種類型的新植物環(huán)肽結構與功能研究[A];第六屆全國化學生物學學術會議論文摘要集[C];2009年

3 王媚;韓樂;劉訓紅;王麗娟;傅興圣;;太子參環(huán)肽B含量分析及其動態(tài)研究[A];全國第9屆天然藥物資源學術研討會論文集[C];2010年

4 左洋;滕英來;張寧;李愛軍;汪勇;;亞麻籽及其環(huán)肽的研究進展[A];“食品工業(yè)新技術與新進展”學術研討會暨2014年廣東省食品學會年會論文集[C];2014年

5 吳進龍;楊庭賢;何永炳;;陰離子熒光環(huán)肽的設計、合成[A];中國化學會第四屆有機化學學術會議論文集（上冊）[C];2005年

6 李曉暉;紀超凡;修志龍;;固相合成海洋抗腫瘤環(huán)肽Phakellistatin 13的研究[A];第一屆全國化學工程與生物化工年會論文摘要集(下)[C];2004年

7 韓兵男;戰(zhàn)凱璇;袁薇;丁立建;李玉山;林厚文;;南海海綿及相關微生物的環(huán)肽化學及活性研究[A];全國第二屆海洋與陸地多糖多肽及天然創(chuàng)新藥物研發(fā)學術會議論文集[C];2015年

8 徐會敏;周文兵;易華;曾廣智;張玉梅;徐強;陶君彥;譚寧華;;紫菀環(huán)肽及其他成分和活性研究[A];第十屆全國藥用植物及植物藥學術研討會論文摘要集[C];2011年

9 吳盛迪;楊橙;沈錫中;;硫醚環(huán)肽治療四氯化碳誘導的急性肝損傷的體內外研究[A];第二十四次全國中西醫(yī)結合肝病學術會議論文匯編[C];2015年

10 閆合;彭文文;譚寧華;;兩種柑橘屬植物環(huán)肽及其他類型化合物研究[A];第十屆全國藥用植物及植物藥學術研討會論文摘要集[C];2011年

相關重要報紙文章 前5條

1 記者 馬波;28種植物中發(fā)現(xiàn)79個新環(huán)肽[N];科技日報;2007年

2 記者 陳云芬;我省植物環(huán)肽研究獲重大突破[N];云南日報;2007年

3 崔利風;我國建立世界“植物環(huán)肽”化學研究坐標系[N];科技日報;2007年

4 馬敏;鉆研偏門冷門的化學家[N];中國化工報;2008年

5 記者 孫玉松 通訊員 吳軍輝;新型合成方法讓多肽“乖乖”成環(huán)[N];科技日報;2018年

相關博士學位論文 前10條

1 付彥凱;功能環(huán)肽的分子動力學模擬研究[D];中國科學院大學(中國科學院過程工程研究所);2018年

2 王濤;含多胺、二硫鍵以及硫醚結構的環(huán)肽的設計合成及分子識別研究[D];四川大學;2004年

3 常明明;陽離子環(huán)肽對胰島素經(jīng)皮和跨膜促滲作用研究[D];大連理工大學;2013年

4 劉雅琴;整合素抑制劑RGD環(huán)肽的合成、篩選及其生物活性研究[D];浙江大學;2009年

5 王詩淼;新型環(huán)肽類組蛋白去乙酰化酶抑制劑對乳腺癌細胞增殖與遷移的影響[D];大連理工大學;2015年

6 張庚;新SansalvamideA環(huán)肽衍生物抗腫瘤活性的研究[D];河北醫(yī)科大學;2014年

7 賈辰熙;綜合質譜法對生物活性多肽解析表征的研究[D];天津大學;2010年

8 何峰穎;抗AT1受體細胞外第二環(huán)肽抗體參與動脈粥樣硬化發(fā)病的機制研究[D];華中科技大學;2011年

9 李鋒;促肝細胞生長素靶向脂質體的制備及其抗肝纖維化作用的研究[D];復旦大學;2008年

10 田均勉;中藥金鐵鎖的系統(tǒng)化學成分研究[D];第二軍醫(yī)大學;2011年

相關碩士學位論文 前10條

1 張曉杰;紫花地丁一種新型環(huán)肽的制備工藝及功能研究[D];廣東藥科大學;2017年

2 藺慧芳;親/疏水性環(huán)肽納米管在水/己烷界面行為的分子動力學模擬[D];蘇州大學;2017年

3 王海龍;一種新型小分子環(huán)肽的抗腫瘤作用研究[D];暨南大學;2017年

4 劉東顏;外力對環(huán)肽納米管水傳輸特性的影響及其微觀機制[D];蘇州大學;2013年

5 魏迎冬;環(huán)肽類HDACIs的分子模擬與合成[D];大連理工大學;2012年

6 廖周雄;環(huán)肽納米管自組裝合成與結構表征[D];哈爾濱工業(yè)大學;2007年

7 丁慧文;哥納香環(huán)肽乙及其類似物的合成[D];復旦大學;2013年

8 胡翠霞;Sansalvamide A 環(huán)肽類似物對腫瘤細胞凋亡影響的研究[D];河北科技大學;2011年

9 劉欣;海綿環(huán)肽Phakellistatin 13及類似物的設計合成與活性研究[D];大連理工大學;2006年

10 農(nóng)智升;環(huán)肽納米管的自組裝工藝研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2009年

本文編號：2792698