幾個(gè)生物體系的分子動(dòng)力學(xué)模擬和自由能計(jì)算研究.pdf

1、本論文應(yīng)用分子動(dòng)力學(xué)模擬和自由能分析的方法分別研究了FKBP12蛋白和一組抑制劑，MDM2蛋白和一組抑制劑，scFv和兩個(gè)抑制劑，HIV-1病毒的蛋白酶和IDV以及GRL-98065兩個(gè)抑制劑的結(jié)合模式，并分析了幾個(gè)殘基變異對(duì)蛋白酶結(jié)合抑制劑的影響。分子動(dòng)力學(xué)模擬說明了水通道蛋白 AQPZ中的選擇區(qū)(SF)殘基質(zhì)子態(tài)對(duì)蛋白功能的影響和門控機(jī)制。
　　FKBP12(FK506-binding proteins-12)是一種具有神經(jīng)保

2、護(hù)和促神經(jīng)再生作用的蛋白。本文中采用分子動(dòng)力學(xué)模擬取樣，運(yùn)用MM-GBSA方法計(jì)算了FKBP12和3個(gè)抑制劑(GPI-1046、308和107)的絕對(duì)結(jié)合自由能，GPI-1046的結(jié)合能最小，308小于107的結(jié)合能。通過能量分解的方法考察了FKBP12蛋白的主要?dú)埢c抑制劑之間的相互作用和識(shí)別。計(jì)算結(jié)果說明3個(gè)抑制劑具有相似的結(jié)合模式，計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。
　　為了說明 V82A和L90M變異對(duì)PR和IDV復(fù)合物的影響，我們

3、進(jìn)行了5。5 ns的MD模擬。用MM-PBSA方法計(jì)算了體系的結(jié)合自由能，計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。分解自由能為不同能量項(xiàng)說明，這兩個(gè)變異引起熵的貢獻(xiàn)的變化大于焓的貢獻(xiàn)的變化。分解自由能到每個(gè)殘基說明 Wild、V82A和L90M具有相似的結(jié)合模式，結(jié)合能的貢獻(xiàn)主要來源于A28/A28’，I50/I50’和I84/I84’這六個(gè)殘基組，詳細(xì)分析了Wild和IDV的結(jié)合模式，對(duì)比分析了V82A和L90M變異引起結(jié)合模式的細(xì)小變化。V82A變

4、異引起結(jié)合模式的變化是由于變異后位阻減小導(dǎo)致的。L90M變異引起 D25和L90間的作用增強(qiáng)并引起結(jié)合模式的細(xì)小變化。單基因變異 I50V，V82A和I84V被認(rèn)為是作為HIV-1蛋白酶耐藥性的關(guān)鍵殘基變異。使用MM-PBSA方法計(jì)算的抑制劑GRL-98065和PR的絕對(duì)結(jié)合自由能的順序與實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常吻合。焓和熵平衡的分析，解釋了I50V和V82A變異擁有比野生型(WT)高的熵的貢獻(xiàn)。減少的范德華能解釋了GRL-98065在I84V變異

5、中的耐藥性。GRL-98065和單個(gè)蛋白殘基的結(jié)合自由能的計(jì)算說明了抑制劑結(jié)合蛋白的結(jié)合機(jī)制和耐藥的機(jī)制。我們的研究結(jié)果表明 I50V和V82A比 I84V有較大的結(jié)構(gòu)變化相對(duì)于野生型的蛋白。
　　用一個(gè)非肽類的小分子的抑制劑阻止 MDM2蛋白和p53蛋白的相互作用是一個(gè)新的有希望的抗癌藥物設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方向。我們采用分子動(dòng)力學(xué)模擬研究了6個(gè)非肽小分子抑制劑和MDM2蛋白的結(jié)合。MM-PBSA方法計(jì)算的絕對(duì)結(jié)合自由能與實(shí)驗(yàn)確定的非常一

6、致。研究表明，范德華能量是結(jié)合抑制劑的最大的結(jié)合能成分，這表明對(duì)這些抑制劑結(jié)合 MDM2蛋白主要是形狀的互補(bǔ)。量子力學(xué)和結(jié)合自由能計(jì)算表明了B組抑制劑是更有可能的構(gòu)像。抑制劑和單個(gè)殘基的自由能計(jì)算可以說明蛋白的結(jié)合模式。研究表明，G1、G2和G3基團(tuán)模擬了p53蛋白的Phe19、Trp23和Leu26殘基在p53和MDM2蛋白的相互作用中，但 G4基團(tuán)的結(jié)合模式，不同于最初的設(shè)計(jì)策略，不能模擬p53蛋白的Leu22殘基。
　　分子

7、動(dòng)力學(xué)模擬和自由能計(jì)算研究單鏈抗體(scFv)如何結(jié)合甲基苯丙胺(METH)和安非他明(AMP)。對(duì)scFv:METH和scFv:AMP兩個(gè)復(fù)合物的均方根偏差、距離分析和平均結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較。這些結(jié)果表明，scFv：AMP并沒有改變抗體的結(jié)合腔。結(jié)合自由能 scFv:AMP復(fù)合物的結(jié)合自由能比scFv:METH的要小，這是和實(shí)驗(yàn)不一致的。然而，scFv:AMP- WAT復(fù)合物的自由能，METH中的甲基組是由水分子取代，比 scFv:MET

8、H復(fù)合物的要大，這是與實(shí)驗(yàn)一致。單個(gè)殘基的自由能表明，兩個(gè)殘基(Tyr175和Tyr177)與 MEHT的相互作用是非常小的。對(duì)于Glu114殘基的靜電作用是更有利的在scFv:METH復(fù)合物中比 scFv:AMP復(fù)合物中。
　　水通道蛋白(AQPZ)是一種四聚體蛋白，它存在于大腸桿菌的細(xì)胞膜水通道中。選擇性過濾區(qū)域(SF)的組氨酸殘基(His174)對(duì)于水的運(yùn)輸有著重要的作用。在這項(xiàng)工作中，我們進(jìn)行平衡分子動(dòng)力學(xué)(MD)模擬，說