酶是由活細(xì)胞產(chǎn)生的一類具有催化作用的蛋白質(zhì),研究酶和底物的相互作用,不僅有助于了解其催化機(jī)理,而且對藥物研發(fā)以及藥物作用機(jī)制的研究也具有十分重要的意義。隨著各類蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫的不斷豐富,一些傳統(tǒng)的生物實(shí)驗(yàn)方法已經(jīng)難以滿足人們對生物酶結(jié)構(gòu)和功能的預(yù)測和藥物設(shè)計(jì)的需要。目前,分子動力學(xué)（Molecular Dynamics,MD）已經(jīng)發(fā)展成為研究生物酶功能的有效手段,該方法主要根據(jù)牛頓力學(xué)來模擬分子體系的運(yùn)動,從分子體系的不同狀態(tài)構(gòu)成的系統(tǒng)中抽取樣本來計(jì)算體系的構(gòu)型積分,在構(gòu)型積分的結(jié)果的基礎(chǔ)上,計(jì)算體系的熱力學(xué)性質(zhì)和其他宏觀性質(zhì)。本論文主要采用分子動力學(xué)模擬,結(jié)合MM/GBSA、SMD、RAMD MD、傘形采樣等多種方法和技術(shù),對幾類酶的底物輸運(yùn)及相關(guān)抑制劑作用機(jī)制進(jìn)行理論研究,主要研究內(nèi)容如下:1:丁酰膽堿酯酶（Butyrylcholinesterase,BCh E）是由肝臟合成的一種非特異性酯酶,在阿茲海默癥發(fā)病后期對乙酰膽堿水解起著非常關(guān)鍵的作用,是一個潛在的阿茲海默癥治療靶標(biāo)。他克林是一個經(jīng)典的藥效團(tuán),可以同時抑制丁酰膽堿酯酶和乙酰膽堿酯酶,它作為曾經(jīng)治療阿茲海默癥的有效藥物,現(xiàn)在... 

【文章來源】：河南大學(xué)河南省

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

美國食品和藥物管理局(FDA)批準(zhǔn)用于治療AD的主要藥物

3他克林在丁酰膽堿酯酶(BChE)中的抑制以及釋放機(jī)制的理論計(jì)算13晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)給我們提供了直觀的結(jié)構(gòu)模型，理解BChE和他克林之間的相互作用也很重要，同時也仍然存在一些重要問題亟待解決：（i）關(guān)鍵殘基在活性位點(diǎn)對他克林結(jié)合的具體貢獻(xiàn)是什么;（ii）底物他克林釋放的可能通道是什么，哪一條是最有利的；（iii）他克林釋放過程中的熱力學(xué)和動力學(xué)性質(zhì)及機(jī)理如何；（iv）哪些殘基在他克林釋放過程中起關(guān)鍵作用。為了闡明這些問題，我們采用經(jīng)典的分子動力學(xué)模擬，結(jié)合傘形采樣等技術(shù)對該體系進(jìn)行計(jì)算。該工作是探索新型潛在特異性BChE抑制劑的初始階段，并為設(shè)計(jì)具有更好動力學(xué)性質(zhì)的選擇性新型BChE抑制劑提供了分子基矗圖3-2BChE與他克林復(fù)合的X射線晶體結(jié)構(gòu)（PDBID：4BDS）。其中關(guān)鍵殘基和配體以棒狀表示，水以青綠色球表示。3.2計(jì)算方法3.2.1酶-底物復(fù)合物模型的構(gòu)建將BChE與他克林復(fù)合物的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)（PDBID：4BDS；分辨率：2.1）作為模擬的初始模型[83]。我們使用SYBYL-X2.1.1[12]軟件中的Biopolymer模塊補(bǔ)齊了蛋白的缺失殘基片段，通過PROPKA3.0及周圍環(huán)境判斷蛋白質(zhì)殘基在pH=6.5的質(zhì)子化狀態(tài)[84]，利用Gaussian03軟件[85]，在HF/6-31G(d)水平下，使用RESP（restranedelectrostaticpotential）[86]計(jì)算他克林的原子電荷。蛋白質(zhì)和配體分別用AMBER99SB力場[87,88]和AmberGAFF力場[89]來描述。水分子通過TIP3P水分子模型[90]來描述。將整個蛋白復(fù)合物溶解在94×80×79大小的立方體水盒子中，水盒子邊緣與最近的

幾類酶抑制劑的結(jié)合模式及輸運(yùn)機(jī)制的分子動力學(xué)研究14溶質(zhì)原子之間的緩沖距離設(shè)定為10，通過添加氯離子中和整個體系，使整個體系呈現(xiàn)電中性。使用AMBER12軟件[91]的tleap模塊生成整個系統(tǒng)的拓?fù)鋮?shù)和初始坐標(biāo)。模型構(gòu)建的過程如圖3-3所示。圖3-3BChE蛋白的結(jié)構(gòu)以及模型的構(gòu)建過程。3.2.2分子力學(xué)水平的分子動力學(xué)模擬為了消除原子之間不良的相互作用，首先使用最速下降法將整個系統(tǒng)最小化，再使用共軛梯度法進(jìn)行10000步最小化操作；隨后，將系統(tǒng)從0K逐漸加熱到300K，然后再進(jìn)行100psNPTMD模擬，將密度弛豫至約1.0g/cm3；最后，在NPT系綜下，使用周期性邊界條件對整個體系進(jìn)行50ns的經(jīng)典MD模擬。采用Langevin方法將體系溫度保持在300K[92]。為了平衡計(jì)算精度及所耗資源，將范德華和靜電相互作用的截?cái)嘀翟O(shè)置為12。所有與氫原子相連的鍵均通過SHAKE算法[93]來約束。BChE蛋白骨架的穩(wěn)定性通過均方根偏差（RMSD）評估，并使用MMMD模擬的最后10ns軌跡來分析氫鍵。整個MD模擬是在AMBER12軟件中完成的[91]。3.2.3MM/GBSA方法計(jì)算自由能MM/GBSA(MolecularMechanics/GeneralizedBornSurfaceArea)方法被廣泛應(yīng)用于計(jì)算蛋白質(zhì)-配體體系、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)體系和蛋白質(zhì)-多肽體系的結(jié)合自由能。此外，MM/GBSA方法可以將自由能貢獻(xiàn)分解為來自不同原子組或不同相互作用類型。蛋白質(zhì)-配體之間的結(jié)合自由能計(jì)算公式如下:

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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