有機(jī)磷解毒劑相關(guān)的分子機(jī)理研究和計(jì)算藥物設(shè)計(jì)方法的發(fā)展.pdf

1、有機(jī)磷（organophosphorus,OP）化合物會(huì)對(duì)人體乙酰膽堿酯酶（acetylcholinesterase,AChE）產(chǎn)生不可逆的抑制，嚴(yán)重者可致人死亡。目前潛在的OP解毒劑有小分子肟類化合物（oxime）和生物大分子丁酰膽堿酯酶（butyrylcholinesterase,BChE），然而這兩類解毒劑均存在缺陷，需要對(duì)這兩類解毒劑進(jìn)行改進(jìn)以提高解毒效率。本文分別對(duì)oxime和BChE的解毒機(jī)理進(jìn)行了一系列的探索，為后續(xù)的基于

2、結(jié)構(gòu)和機(jī)理的高效OP解毒劑的設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。此外，在本文的研究過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的分子對(duì)接技術(shù)并不能準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)oxime在AChE中結(jié)合模式。為解決這一問(wèn)題，我們通過(guò)提高打分函數(shù)準(zhǔn)確性，最終發(fā)展出了能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)oxime在AChE中結(jié)合模式的對(duì)接方法。同時(shí)，我們還發(fā)現(xiàn)小分子的起始構(gòu)象對(duì)Autodock對(duì)接結(jié)果的準(zhǔn)確性有重要影響。為了消除這種影響，我們制定了改進(jìn)方案，即通過(guò)發(fā)展有效的構(gòu)象搜索方法，在對(duì)接前利用該方法對(duì)小分子進(jìn)行預(yù)處理并給

3、出合理的起始構(gòu)象，從而使任意小分子構(gòu)象出發(fā)均能有較高的對(duì)接準(zhǔn)確率。
　　第一章中，我們利用平均力勢(shì)（Potential of Mean Force,PMF）方法在原子水平上揭示了HI6進(jìn)入AChE活性口袋的過(guò)程。PMF模擬結(jié)果表明，W286的側(cè)鏈?zhǔn)紫壬烊肴芤褐形鼿I6靠近AChE的活性口袋入口。在HI6進(jìn)一步結(jié)合到AChE活性口袋內(nèi)部的過(guò)程中，W286的側(cè)鏈會(huì)隨著HI6運(yùn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，二者之間一直維持著較強(qiáng)的π-π相互作用。在整個(gè)結(jié)

4、合過(guò)程中，位于AChE外周陰離子位點(diǎn)的W286對(duì)結(jié)合oxime發(fā)揮了關(guān)鍵性的穩(wěn)定作用。
　　第二章中，為探索BChE水解OP的反應(yīng)機(jī)理，我們對(duì)不同BChE-OP復(fù)合物進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)（Molecular Dynamics,MD）模擬。MD結(jié)果表明，在酶活性口袋里水分子是從P-Oγ共價(jià)鍵的側(cè)位空間發(fā)動(dòng)親核進(jìn)攻的，這和OP在溶液中的水解情況是不一樣的。同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，E197與親核進(jìn)攻水分子之間的氫鍵相互作用越強(qiáng)，水解反應(yīng)速率越弱。這一發(fā)

5、現(xiàn)表明，E197很可能通過(guò)與水分子之間的氫鍵相互削弱該水分子的親核進(jìn)攻性。在確定了親核水的進(jìn)攻方向后，我們對(duì)BChE水解paraoxon-methyl的反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行了QM/MM反應(yīng)途徑計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，氧負(fù)離子洞對(duì)反應(yīng)途徑的影響至關(guān)重要，它在反應(yīng)過(guò)程中的構(gòu)象變化也許需要通過(guò)更準(zhǔn)確的量子化學(xué)方法來(lái)描述。我們下一步的工作將改進(jìn)pseudobond QM/MM方法，擴(kuò)展其應(yīng)用范圍，使之能用QM方法處理蛋白骨架原子，進(jìn)而使我們能準(zhǔn)確合理地探索

6、BChE水解paraoxon-methyl的基本反應(yīng)途徑。
　　第三章中，我們發(fā)展了能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)oxime在AChE中結(jié)合模式的對(duì)接方法和小分子構(gòu)象搜索方法。我們對(duì)MM/PBSA計(jì)算結(jié)合自由能的公式進(jìn)行修改，將小分子在結(jié)合過(guò)程中由構(gòu)象變化引起的能量差以及水分子對(duì)結(jié)合自由能的貢獻(xiàn)考慮進(jìn)來(lái)，大大提高了打分函數(shù)的準(zhǔn)確性。利用該打分函數(shù)能準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)出HI6、obidoxime和HLo7在AChE中的結(jié)合模式。此外，我們發(fā)展了針對(duì)小分子的系統(tǒng)