【摘要】：細(xì)胞色素酶P450家族是和人體內(nèi)藥物代謝關(guān)系最為密切的一類藥物代謝酶大家族。CYP2E1,作為細(xì)胞色素酶家族的一員,負(fù)責(zé)其中6%的藥物代謝,并且其代謝的藥物種類相當(dāng)廣泛,有著很不同的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì),比如,酒精類,單環(huán)小分子,兩元雜環(huán)小分子,甚至是脂肪酸。然而,最近展示的CYP2E1晶體結(jié)構(gòu)表明,它有著細(xì)胞色素酶家族中最小的活性口袋容積,另外除了通往活性位點的離子通道,它附近還存在著另一個小型的空間,這在細(xì)胞色素酶家族中十分罕見。作為這么一個有限的空間,它是如何做到代謝這么多不同性質(zhì)的底物的,這是個很值得研究的問題。不僅如此,CYP2E1針對單環(huán)小分子底物也在一些代謝反應(yīng)時顯示了反常的動力學(xué)曲線,這顯示了兩個小分子可能同時結(jié)合在酶上的負(fù)協(xié)同效應(yīng),引起代謝抑制�，F(xiàn)在關(guān)于CYP2E1的底物代謝多樣性和其負(fù)協(xié)同效應(yīng)的研究并不十分透徹。所以本著進一步了解CYP2E1活性位點的特性的目的,我們選取五個不同結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的芳香環(huán)小分子分子(苯,苯胺,對乙酰氨基酚,氯唑沙宗和茶堿)對接進入CYP2E1的晶體結(jié)構(gòu),接著進行5ns的分子動力學(xué)模擬,來研究它在人體內(nèi)的底物代謝多樣性的機理。同時,為了進一步了解負(fù)協(xié)同效應(yīng)的機制,苯胺作為有著最小取代基的芳香單環(huán)底物,被挑選出將一個以及兩個小分子對接入CYP2E1蛋白質(zhì),并進行10ns的分子動力學(xué)模擬。得到結(jié)果之后我們又進行了很細(xì)致的均方差位移,近距離相互作用分析。對于探索負(fù)協(xié)同效應(yīng)部分,我們又進行了協(xié)相關(guān)度的分析和吉布斯結(jié)合自由能的計算,得到了很有價值的成果。模擬展示了芳香小分子和CYP2E1的活性位點相互作用主要通過和Phe106,Phe116,Phe207,Phe298以及Phe478的π-π堆積芳香相互作用,幾乎沒有氫鍵作用。并且不同的小分子蛋白復(fù)合物根據(jù)結(jié)合能產(chǎn)生的構(gòu)象聚類特征和分子動力學(xué)模擬中由于分子運動所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)特征,在決定代謝產(chǎn)物多樣性方面起了重要作用。單產(chǎn)物的小分子通常只具有一個基于能量的構(gòu)象聚類結(jié)果,比如苯和氯唑沙宗。而產(chǎn)物越多,其聚類結(jié)果越多樣,動力模擬的活動越活躍,比如對乙酰氨基酚,有著四個可能的代謝位點,甚至在模擬過程中由于活動性太高,進入了活性口袋附近的小空間內(nèi)。另外,CYP2E1的負(fù)協(xié)同作用來源于第二個單環(huán)小分子通過和Phe478,連接離子通道和活性位點的最重要的殘基,產(chǎn)生π-π堆疊,并加強活性位點的小分子同樣和Phe478產(chǎn)生的偏移平行π-π堆疊,產(chǎn)生能量穩(wěn)定的三疊體π-π堆疊,限制并擾亂了待反應(yīng)小分子的正�；顒印５诙䝼�小分子的進入也降低了在小分子定位上最關(guān)鍵的Thr303的活性。所有這些發(fā)現(xiàn)都為CYP2E1的底物代謝多樣性和負(fù)協(xié)同效應(yīng)的機理研究提供了原子角度的分析,為將來需要的個性化藥物的新發(fā)展做貢獻。
[Abstract]:The cytochrome P450 family is one of the most closely related drug metabolizing enzymes in human body. As a member of the cytochrome enzyme family, it is responsible for 6% of the drug metabolism. They have very different structures and chemical properties, such as alcohol, monocyclic, binary heterocyclic, and even fatty acids. However, the recently shown crystal structure of CYP2E1 suggests that it has the smallest active pocket volume in the cytochrome family, and that in addition to the ion channel leading to the active site, there is another small space nearby. This is rare in the cytochrome family. As such a limited space, it is worth studying how it metabolizes so many different substrates. Moreover, CYP2E1 also showed abnormal kinetic curves in some metabolic reactions against monocyclic small molecular substrates, which indicated that two small molecules may bind to negative synergistic effect on enzyme at the same time, resulting in metabolic inhibition. Current studies on the metabolic diversity of substrates and their negative synergistic effects of CYP2E1 are not very thorough. Therefore, for the purpose of further understanding the properties of CYP2E1 active sites, we selected five aromatic ring molecules (benzene, aniline, paracetamol, chlorzoxazol Zong He theophylline) with different structures to dock into the crystal structure of CYP2E1. Then the molecular dynamics simulation of 5ns was carried out to study the mechanism of its metabolic diversity in human body. At the same time, in order to further understand the mechanism of negative synergism, aniline, as an aromatic monocyclic substrate with the smallest substituent, was selected to attach one or two small molecules to CYP2E1 protein and to simulate the molecular dynamics of 10ns. After we get the results, we make a very detailed analysis of the RMS displacement and the close-distance interaction. For the exploration of negative synergistic effect, we analyze the degree of cocorrelation and calculate Gibbs' combined free energy, and obtain valuable results. The simulation shows that the interaction between aromatic molecules and active sites of CYP2E1 is mainly through the interaction with Phe106, Phe116, Phe207, Phe298 and Phe478 蟺-蟺 piling aromatics. There is almost no hydrogen bond interaction between the aromatic molecules and the active sites of Phe106, Phe116, Phe207, Phe298 and Phe478. And different small molecular protein complexes play an important role in determining the diversity of metabolites according to the conformational clustering characteristics of binding energy and the structural characteristics of molecular motion in molecular dynamics simulation. Single-product small molecules usually have only one energy-based conformation clustering result such as benzene and chlorzoxazone. And the more products, the more diverse the clustering results, the more dynamic simulation activities, such as acetaminophen, has four possible metabolic sites, even in the simulation process because of high activity, Into a small space near the active pocket. In addition, the negative synergistic effect of CYP2E1 comes from the second monocyclic small molecule passing through Phe478, the most important remnant of ion channel and active site, to produce 蟺-蟺 stacking, and to enhance the stacking of small molecules at active sites in parallel with the shift 蟺-蟺 produced by Phe478. The formation of an energy-stable triplet 蟺-蟺 stacks limits and disrupts the normal activity of small molecules to be reacted. The entry of the second small molecule also reduced the activity of Thr303, which is the most critical for the localization of small molecules. All these findings provide atomic angle analysis for the study of the mechanism of substrates metabolic diversity and negative synergism of CYP2E1 and contribute to the new development of individualized drugs needed in the future.
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：R341

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本文編號：2177711