有機磷解毒劑相關的分子機理研究和計算藥物設計方法的發(fā)展.pdf

1、有機磷（organophosphorus,OP）化合物會對人體乙酰膽堿酯酶（acetylcholinesterase,AChE）產生不可逆的抑制，嚴重者可致人死亡。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，需要對這兩類解毒劑進行改進以提高解毒效率。本文分別對oxime和BChE的解毒機理進行了一系列的探索，為后續(xù)的基于

2、結構和機理的高效OP解毒劑的設計提供理論基礎。此外，在本文的研究過程中，我們發(fā)現現有的分子對接技術并不能準確的預測oxime在AChE中結合模式。為解決這一問題，我們通過提高打分函數準確性，最終發(fā)展出了能準確預測oxime在AChE中結合模式的對接方法。同時，我們還發(fā)現小分子的起始構象對Autodock對接結果的準確性有重要影響。為了消除這種影響，我們制定了改進方案，即通過發(fā)展有效的構象搜索方法，在對接前利用該方法對小分子進行預處理并給

3、出合理的起始構象，從而使任意小分子構象出發(fā)均能有較高的對接準確率。
　　第一章中，我們利用平均力勢（Potential of Mean Force,PMF）方法在原子水平上揭示了HI6進入AChE活性口袋的過程。PMF模擬結果表明，W286的側鏈首先伸入溶液中吸引HI6靠近AChE的活性口袋入口。在HI6進一步結合到AChE活性口袋內部的過程中，W286的側鏈會隨著HI6運動而轉動，二者之間一直維持著較強的π-π相互作用。在整個結

4、合過程中，位于AChE外周陰離子位點的W286對結合oxime發(fā)揮了關鍵性的穩(wěn)定作用。
　　第二章中，為探索BChE水解OP的反應機理，我們對不同BChE-OP復合物進行分子動力學（Molecular Dynamics,MD）模擬。MD結果表明，在酶活性口袋里水分子是從P-Oγ共價鍵的側位空間發(fā)動親核進攻的，這和OP在溶液中的水解情況是不一樣的。同時我們發(fā)現，E197與親核進攻水分子之間的氫鍵相互作用越強，水解反應速率越弱。這一發(fā)

5、現表明，E197很可能通過與水分子之間的氫鍵相互削弱該水分子的親核進攻性。在確定了親核水的進攻方向后，我們對BChE水解paraoxon-methyl的反應過程進行了QM/MM反應途徑計算。計算結果表明，氧負離子洞對反應途徑的影響至關重要，它在反應過程中的構象變化也許需要通過更準確的量子化學方法來描述。我們下一步的工作將改進pseudobond QM/MM方法，擴展其應用范圍，使之能用QM方法處理蛋白骨架原子，進而使我們能準確合理地探索

6、BChE水解paraoxon-methyl的基本反應途徑。
　　第三章中，我們發(fā)展了能準確預測oxime在AChE中結合模式的對接方法和小分子構象搜索方法。我們對MM/PBSA計算結合自由能的公式進行修改，將小分子在結合過程中由構象變化引起的能量差以及水分子對結合自由能的貢獻考慮進來，大大提高了打分函數的準確性。利用該打分函數能準確的預測出HI6、obidoxime和HLo7在AChE中的結合模式。此外，我們發(fā)展了針對小分子的系統(tǒng)