水與生物分子相互作用的動力學(xué)模擬.pdf

1、本文運用密度泛函理論和分子動力學(xué)計算分別模擬了水與部分氨基酸的相互作用和人類水通道蛋白humanAquaporin-1(hAQP1)與抑制劑分子的相互作用。
　　氨基酸是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元，研究氨基酸與水的相互作用可以模擬蛋白質(zhì)的某些特性，有助于理解蛋白質(zhì)在溶液中的熱力學(xué)行為。本文運用密度泛函理論對絲氨酸、脯氨酸、甘氨酸和丙氨酸等幾種常見氨基酸及其一水合物的中子散射譜進行了理論模擬。氫鍵是氨基酸與水分子相互作用的主要形式，本文通

2、過分析水分子與氨基酸作用前后振動譜的變化，以及氫鍵的形成情況，總結(jié)了親水性氨基酸和疏水性氨基酸與水作用的基本規(guī)律。
　　側(cè)鏈對于氨基酸疏水性的影響非常大，這也使得上述四種氨基酸中丙氨酸的疏水性最強（-CH3側(cè)鏈）而絲氨酸的親水性最強（-CH2OH側(cè)鏈）。當水和絲氨酸、脯氨酸作用時，氨基酸內(nèi)原有的分子間氫鍵總是趨向于斷開或削弱，從而與水作用形成更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu);而當水和甘氨酸、丙氨酸作用時，氨基酸總是趨向于加強自身之間的相互作用。通過對

3、上述四種氨基酸及其一水合物晶體的振動模式的指認和比較可知，水通過兩種方式影響氨基酸分子的振動，一種是與氨基酸形成分子間氫鍵，另一種是改變氨基酸的分子結(jié)構(gòu)，這均會使得一些定域振動能量升高或降低。另外，計算表明，在絲氨酸的一水合物中水分子可能有兩種結(jié)合位置，一種是水分子的氧原子結(jié)合在絲氨酸羥基端（能量較高），一種是其氧原子結(jié)合在絲氨酸氨基端（能量較低）。由于兩種結(jié)構(gòu)之間存在勢壘，所以羥基結(jié)合形式作為一個亞穩(wěn)態(tài)能夠存在。隨著水合程度的加深，絲

4、氨酸發(fā)生結(jié)構(gòu)形變，勢壘打破，水分子會越來越多地結(jié)合到氨基端。
　　hAQP1能夠促進水分子進出細胞，是人體中一種重要的蛋白質(zhì)。研究表明對AQP1活性的藥理性調(diào)控可能為青光眼、腦水腫及腫瘤等提供一些新的治療方案。抑制劑是一種藥物小分子，其通過與hAQP1的穩(wěn)定結(jié)合可以阻止或減緩水通過hAQP1。本文通過分子動力學(xué)計算模擬了hAQP1和一種抑制劑的相互作用過程。模型中抑制劑分子與hAQP1四聚體中的一個單體結(jié)合，計算發(fā)現(xiàn)在模擬的10n