艾滋病毒蛋白酶異位抑制劑體系的分子動力學(xué)研究.pdf

1、獲得性免疫缺陷綜合癥(AIDS),即艾滋病,是一種跨種屬傳播的死亡率很高的疾病,艾滋病主要由Ⅰ型人類免疫缺陷病毒(HIV-1)引起,在艾滋病毒的生命周期中有多種酶起了重要的生化和生理作用,其中受到現(xiàn)代藥物開發(fā)關(guān)注的有三種酶,分別是逆轉(zhuǎn)錄酶(RT)、蛋白酶(PR)和整合酶(IN).HIV蛋白酶在適當(dāng)?shù)奈恢卯a(chǎn)生具有傳染性HIV病毒粒子的成熟蛋白成分,缺少HIV蛋白酶,HIV病毒粒子就不具有傳染性。改變HIV蛋白酶活性位點或抑制其活性,會影響

2、HIV的復(fù)制及傳染其他細(xì)胞,因此抑制HIV蛋白酶成為制藥研究的重點.HIV-1蛋白酶屬于天冬氨酸酶類,是一個C2對稱的同質(zhì)二聚體,每一條肽鏈由99個氨基酸組成.一對天冬氨酸-蘇氨酸-甘氨酸(Aspartyl-Threonine-Glycine)殘基序列構(gòu)成了HIV-1蛋白酶的活性中心.甘氨酸(Glycine)和異亮氨酸(Isoleucine)組成的β結(jié)構(gòu)(flap)延伸到活性部位上面并將活性部位遮蓋.flap對底物或抑制劑的進出起作用.

3、當(dāng)沒有底物與蛋白酶結(jié)合時,flap打開,底物進入其內(nèi)部,然后flap關(guān)閉,當(dāng)?shù)鞍酌笇⒌孜锓纸饧庸ね戤吅?flap再次打開,將底物從活性位點釋放出去,再讓新的底物進入,開始新的加工周期.
　　2009年底,Scripps研究所的A. Perryman等針對HIV蛋白酶用片段篩選的方法發(fā)現(xiàn)兩個在活性位之外的新的結(jié)合位點(allosteric binding sites,異位結(jié)合位點),exo位和outside/top位,并發(fā)現(xiàn)了結(jié)合在

4、這二個異位結(jié)合位點上的兩種化合物,2-甲基環(huán)乙醇和6-吲哚甲酸.X射線晶體學(xué)實驗證實:第一,片段確實結(jié)合到了蛋白酶的新位點;第二,這些片段改變了蛋白酶的位形.這兩種化合物既能結(jié)合到新位點又能穩(wěn)定活性位抑制劑的構(gòu)象,雖然它們尚未表現(xiàn)出抑制作用,但可以成為開發(fā)針對耐藥性艾滋病病毒的新藥的出發(fā)點.
　　分子動力學(xué)(MD)模擬是研究生物分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的重要工具.對一個由具有相互作用的大量原子構(gòu)成的分子體系,分子動力學(xué)用勢函數(shù)表示原子間的

5、相互作用,認(rèn)為體系中各原子的運動服從牛頓方程,通過求解關(guān)于體系中各原子的動力學(xué)方程組,得到體系在相空間的一段演化軌跡,再運用統(tǒng)計力學(xué)的方法得到體系的有關(guān)信息,如能量、密度等.只要知道相互作用的勢函數(shù),分子動力學(xué)就可以模擬具有復(fù)雜多體相互作用的生物分子的運動.分子動力學(xué)模擬的結(jié)果有助于理解生物分子的結(jié)構(gòu)和功能.
　　結(jié)合自由能計算對研究抑制劑和蛋白質(zhì)之間的作用機制十分重要.準(zhǔn)確的自由能預(yù)測可以更好地理解生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系,為

6、合理的藥物設(shè)計提供依據(jù).分子力學(xué)/泊松–玻耳茲曼溶劑可接近表面積(MM-PBSA)方法是應(yīng)用很廣的一種基于經(jīng)驗方程的自由能計算方法.自由能的正負(fù)決定了結(jié)合的可能性,其大小決定了反應(yīng)的程度.
　　本文對HIV-1蛋白酶異位抑制劑體系和活性位抑制劑體系分別進行8ns的分子動力學(xué)模擬,對兩個模擬的動力學(xué)軌跡進行對比分析,用MM-PBSA方法分別計算了兩體系抑制劑與蛋白酶的結(jié)合自由能.異位抑制劑體系中抑制劑與蛋白酶的結(jié)合自由能為-90.3