跨膜蛋白和納米材料的分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、G蛋白偶聯(lián)受體(G Protein-Coupled Receptors，GPCRs)是人體內(nèi)最大的蛋白質(zhì)超家族，同時(shí)也是制藥領(lǐng)域中最重要的藥物作用靶點(diǎn)。GPCRs能被一系列外部刺激所激活，受體就使它的G蛋白部分脫落并進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，引發(fā)一系列反應(yīng)。同時(shí)，GPCRs在很多基本的生理過(guò)程中起著重要的作用，包括神經(jīng)傳遞、細(xì)胞代謝、分泌、細(xì)胞生長(zhǎng)、免疫防御、分化等。目前世界藥物市場(chǎng)中30%～50%的藥物作用靶點(diǎn)是GPCRs。
　　最近解析的G

2、PCRs晶體結(jié)構(gòu)有：A2A Adenosine Receptor(A2AAR)、Dopamine D3 Receptor(D3R)、Histamine H1 Receptor(H1R)、C-X-C Chemokine Receptor Type4(CXCR4)、β1 Adrenergic Receptor(β1AR)、β2 Adrenergic Receptor(β2AR)。
　　GPCRs的X-射線(xiàn)結(jié)晶學(xué)提供越來(lái)越多高分辨率的結(jié)

3、構(gòu)，因此可以通過(guò)運(yùn)用同源建模、分子對(duì)接和分子動(dòng)力學(xué)模擬等手段來(lái)解釋它們潛在的選擇性和活性機(jī)理。
　　本文選取三個(gè)最新的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，包括D3R、H1R和β2AR。研究D3R與激動(dòng)劑/拮抗劑的結(jié)合模式、D3R選擇性殘基、D3R與激動(dòng)劑/拮抗劑相互結(jié)合后兩個(gè)構(gòu)象的區(qū)別；對(duì)于H1R/H4R，本文研究了H1R/H4R與激動(dòng)劑/拮抗劑的結(jié)合模式、H4R與小分子的相互作用模式、H4R的選擇性殘基及H1R/H4R與激動(dòng)劑/拮抗劑相互結(jié)合后兩

4、個(gè)構(gòu)象的區(qū)別；同時(shí)本文也研究了在納米體穩(wěn)定和移除納米體情況下，復(fù)合物β2AR-agonist-Gs蛋白構(gòu)象變化的順序性。
　　跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白能高選擇性、高通量地控制物質(zhì)在細(xì)胞膜的流入與流出。這些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白對(duì)周?chē)沫h(huán)境非常敏感并通過(guò)這種敏感的方式進(jìn)行自我調(diào)節(jié)。它們不僅提供高選擇性的通道，而且可以作為轉(zhuǎn)運(yùn)的媒介-定向轉(zhuǎn)運(yùn)。跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在生物體中扮演重要的角色。然而它們的結(jié)構(gòu)、功能差異非常大。由于缺乏晶體數(shù)據(jù)，它們很多潛在的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)理還不得而

5、知。
　　最近，F(xiàn)ocA(formate transporter proteins)、AcrB(multisite drug binding pocket)和vcCNT(Viribo cholerae concentrative nucleoside transporters)被解析出來(lái)，使得基于結(jié)構(gòu)的研究得以實(shí)現(xiàn)。
　　隨著這些晶體結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，本文采用分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法來(lái)研究它們的機(jī)理。本文選取FocA、AcrB和vcC

6、NT作為研究對(duì)象。對(duì)于FocA，本文首先定義了轉(zhuǎn)運(yùn)通道入口―開(kāi)‖、―關(guān)‖的直徑，然后研究了FocA在不同pH下(中/高pH和低pH)各個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)通道的―開(kāi)/關(guān)‖狀態(tài)，最后研究了在質(zhì)子化/去質(zhì)子化His209下，各個(gè)通道的形貌變化；對(duì)于AcrB，本文首先研究綁定的分子rifampicin和minocycline在結(jié)合口袋中的移動(dòng)，研究小分子移動(dòng)過(guò)程中的蠕動(dòng)行為，研究Phe-617 loop結(jié)構(gòu)域在蠕動(dòng)中的作用，最后研究水分子的流動(dòng)對(duì)藥物定向蠕

7、動(dòng)的貢獻(xiàn)作用。
　　石墨烯、氧化石墨烯及硅(Silicon)納米粒子成為在許多領(lǐng)域，如癌癥治療、診斷、成像、藥物輸送、催化以及生物傳感器等最有前景的材料。為了促進(jìn)這些應(yīng)用，人們急迫想了解納米材料毒性和這些納米材料對(duì)人體健康造成潛在的風(fēng)險(xiǎn)。
　　本文先介紹關(guān)于胰凝乳蛋白酶和胰蛋白酶在石墨烯/氧化石墨烯上吸附的研究工作。首先，本文發(fā)現(xiàn)胰凝乳蛋白酶不僅吸附到石墨烯上，也會(huì)吸附到氧化石墨烯上；其次，發(fā)現(xiàn)胰凝乳蛋白酶的S1活性位點(diǎn)遠(yuǎn)離

8、石墨烯，卻吸附到氧化石墨烯上，從而強(qiáng)烈抑制酶的活性；通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)胰凝乳蛋白酶的S1活性位點(diǎn)在與氧化石墨烯的吸附中發(fā)生劇烈的形變，不再與小分子相互作用；而和石墨烯的吸附中， S1活性位點(diǎn)保持非常完好。在胰蛋白酶與石墨烯/氧化石墨烯吸附的研究中，本文獲得與胰凝乳蛋白酶相似的結(jié)論。最后，本文介紹關(guān)于Cytochrome C、RNase A和lysozyme在不同尺度(4nm和11nm)及不同表面修飾(-CH3、-COOH、-OH和-NH2)的