p53-金屬離子識(shí)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(zhì)與配體或金屬離子的結(jié)合、超分子體系中主客體間的分子識(shí)別、分子印跡技術(shù)中模板分子與功能單體的作用都屬于這一領(lǐng)域的研究范疇。雖然該領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注，但是許多分子間的作用機(jī)理還不清楚。而分子模擬方法可以從微觀狀態(tài)闡釋實(shí)驗(yàn)機(jī)理，提出理論模型并加以預(yù)測(cè)，并最終指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。本論文使用分子模擬方法對(duì)p53-金屬離子識(shí)別、環(huán)糊精分子識(shí)別和組裝、吡嘧磺隆分子印跡聚合物識(shí)別進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容包括以下四個(gè)方面：

2、
　　 (1)使用密度泛函理論(density functional theory，DFT)計(jì)算和分子動(dòng)力學(xué)(molecular dynamics，MD)模擬研究了Mg2+在p53DBD中的配位構(gòu)型以及Mg2+影響蛋白DNA結(jié)合活性的機(jī)制。采用B3LYP/6-311+g**對(duì)各種可能的Mg2+與組氨酸、半胱氨酸和水分子的配位構(gòu)型進(jìn)行了研究，還考慮了半胱氨酸的質(zhì)子化狀態(tài)和相環(huán)境以探索影響配位構(gòu)型的因素。計(jì)算了形成Mg2+復(fù)合物反應(yīng)

3、的自由能，發(fā)現(xiàn)隨著質(zhì)子化半胱氨酸數(shù)目的增加，有利的結(jié)合模式從四配位構(gòu)型向六配位構(gòu)型轉(zhuǎn)變。使用MD模擬進(jìn)一步探索了Mg2+在p53DBD活性位點(diǎn)的結(jié)合模式，發(fā)現(xiàn)Mg2+與p53DBD的結(jié)合能力要弱于Zn2+，與DFT計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。另外，這兩種金屬離子對(duì)保持Arg248的有利取向以和DNA相互作用有重要貢獻(xiàn)，對(duì)p53DBD的特異性DNA結(jié)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(zhuǎn)移，發(fā)現(xiàn)Mg2+比Zn2+有更高的凈正電荷，導(dǎo)致Mg2+與DNA之間的靜電吸引更強(qiáng)。這部分地解釋了實(shí)驗(yàn)中觀察到的Mg2+存在下p53DBD的非特異性DNA結(jié)合能力比Zn2+存在下強(qiáng)的原因。本項(xiàng)研究為了解p53DBD的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)提供了重要信息。
　　 (2)使用分子動(dòng)力學(xué)模擬在水溶液中對(duì)由3到24個(gè)兩親性膽固醇-2，6-二-O-甲基-β-CD(chol-DIMEB)單體組成的膠束進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)

5、chol-DIMEB有明顯的組裝成核-殼結(jié)構(gòu)的趨勢(shì)，膽固醇核之間的范德華相互作用是形成膠束的主要驅(qū)動(dòng)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(shì)。而且，對(duì)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(jì)算的24個(gè)單體形成的膠束疏水核及親水殼半徑都與實(shí)驗(yàn)一致。環(huán)糊精部分暴露在溶劑中，并且擁有恰當(dāng)?shù)娜嵝砸杂行У夭蹲剿幬?。通過對(duì)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(jié)合位點(diǎn)，有望成為藥物運(yùn)輸載體。本項(xiàng)研究在原子水平上探索了chol-DIMEB膠束的結(jié)構(gòu)特性，為其作為藥物載體的應(yīng)用提供了有價(jià)值的信息。
　　 (3)使用分子動(dòng)力學(xué)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(duì)叔丁基苯甲酸的相互作用，探索了這種膠束的藥物運(yùn)載機(jī)制。發(fā)現(xiàn)藥物分子對(duì)膠束的尺寸和形狀沒有影響，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。藥物與膠束的結(jié)合模式主要有腔內(nèi)包結(jié)和

7、內(nèi)核吸附兩種，范德華作用是二者結(jié)合的驅(qū)動(dòng)力。骨架結(jié)構(gòu)和電荷上的差異決定了度硫平和對(duì)叔丁基苯甲酸傾向于腔內(nèi)包結(jié)，而黃體酮?jiǎng)t更傾向于內(nèi)核吸附。本項(xiàng)研究為設(shè)計(jì)基于環(huán)糊精膠束的藥物載體提供了理論基礎(chǔ)。
　　 (4)使用量子化學(xué)計(jì)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(jié)合的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，計(jì)算得到的單體與模板分子之間的結(jié)合