p53-金屬離子識別及環(huán)糊精自組裝的理論研究.pdf

1、分子間的相互作用廣泛存在于自然界中，蛋白質與配體或金屬離子的結合、超分子體系中主客體間的分子識別、分子印跡技術中模板分子與功能單體的作用都屬于這一領域的研究范疇。雖然該領域受到越來越多的關注，但是許多分子間的作用機理還不清楚。而分子模擬方法可以從微觀狀態(tài)闡釋實驗機理，提出理論模型并加以預測，并最終指導實驗。本論文使用分子模擬方法對p53-金屬離子識別、環(huán)糊精分子識別和組裝、吡嘧磺隆分子印跡聚合物識別進行了研究。主要內(nèi)容包括以下四個方面：

2、
　　 (1)使用密度泛函理論(density functional theory，DFT)計算和分子動力學(molecular dynamics，MD)模擬研究了Mg2+在p53DBD中的配位構型以及Mg2+影響蛋白DNA結合活性的機制。采用B3LYP/6-311+g**對各種可能的Mg2+與組氨酸、半胱氨酸和水分子的配位構型進行了研究，還考慮了半胱氨酸的質子化狀態(tài)和相環(huán)境以探索影響配位構型的因素。計算了形成Mg2+復合物反應

3、的自由能，發(fā)現(xiàn)隨著質子化半胱氨酸數(shù)目的增加，有利的結合模式從四配位構型向六配位構型轉變。使用MD模擬進一步探索了Mg2+在p53DBD活性位點的結合模式，發(fā)現(xiàn)Mg2+與p53DBD的結合能力要弱于Zn2+，與DFT計算和實驗結果一致。另外，這兩種金屬離子對保持Arg248的有利取向以和DNA相互作用有重要貢獻，對p53DBD的特異性DNA結合活性有重要影響，而Mg2+的作用要比Zn2+弱。此外，使用自然鍵軌道(natural bond

4、orbital，NBO)分析了電荷轉移，發(fā)現(xiàn)Mg2+比Zn2+有更高的凈正電荷，導致Mg2+與DNA之間的靜電吸引更強。這部分地解釋了實驗中觀察到的Mg2+存在下p53DBD的非特異性DNA結合能力比Zn2+存在下強的原因。本項研究為了解p53DBD的結構和性質提供了重要信息。
　　 (2)使用分子動力學模擬在水溶液中對由3到24個兩親性膽固醇-2，6-二-O-甲基-β-CD(chol-DIMEB)單體組成的膠束進行了研究。發(fā)現(xiàn)

5、chol-DIMEB有明顯的組裝成核-殼結構的趨勢，膽固醇核之間的范德華相互作用是形成膠束的主要驅動力。隨著單體數(shù)目的增加，膠束尺寸及相互作用能分別呈現(xiàn)出上升和下降趨勢。而且，對于小尺寸的膠束（單體數(shù)量≤8），其總的半徑、相互作用能和離心率有振蕩現(xiàn)象。計算的24個單體形成的膠束疏水核及親水殼半徑都與實驗一致。環(huán)糊精部分暴露在溶劑中，并且擁有恰當?shù)娜嵝砸杂行У夭蹲剿幬?。通過對溶劑可及表面和水化數(shù)的分析表明，這種膠束是高度水溶性的，因此可以

6、很大地提高親脂性藥物在水中的溶解度。另外，這種膠束還具有多重藥物結合位點，有望成為藥物運輸載體。本項研究在原子水平上探索了chol-DIMEB膠束的結構特性，為其作為藥物載體的應用提供了有價值的信息。
　　 (3)使用分子動力學模擬研究了水溶液中膽固醇修飾環(huán)糊精膠束與度硫平、黃體酮和對叔丁基苯甲酸的相互作用，探索了這種膠束的藥物運載機制。發(fā)現(xiàn)藥物分子對膠束的尺寸和形狀沒有影響，與實驗結果一致。藥物與膠束的結合模式主要有腔內(nèi)包結和

7、內(nèi)核吸附兩種，范德華作用是二者結合的驅動力。骨架結構和電荷上的差異決定了度硫平和對叔丁基苯甲酸傾向于腔內(nèi)包結，而黃體酮則更傾向于內(nèi)核吸附。本項研究為設計基于環(huán)糊精膠束的藥物載體提供了理論基礎。
　　 (4)使用量子化學計算方法得到了模板分子吡嘧磺隆(PS)與功能單體2-（三氟甲基）丙烯酸(TFMAA)、α甲基丙烯酸（MMA）、4-乙烯基吡啶(4-VP)和丙烯酰胺(AA)以1:1結合的復合物結構，計算得到的單體與模板分子之間的結合