幾個生物體系的分子動力學(xué)模擬和自由能計算研究.pdf

1、本論文應(yīng)用分子動力學(xué)模擬和自由能分析的方法分別研究了FKBP12蛋白和一組抑制劑，MDM2蛋白和一組抑制劑，scFv和兩個抑制劑，HIV-1病毒的蛋白酶和IDV以及GRL-98065兩個抑制劑的結(jié)合模式，并分析了幾個殘基變異對蛋白酶結(jié)合抑制劑的影響。分子動力學(xué)模擬說明了水通道蛋白 AQPZ中的選擇區(qū)(SF)殘基質(zhì)子態(tài)對蛋白功能的影響和門控機制。
　　FKBP12(FK506-binding proteins-12)是一種具有神經(jīng)保

2、護和促神經(jīng)再生作用的蛋白。本文中采用分子動力學(xué)模擬取樣，運用MM-GBSA方法計算了FKBP12和3個抑制劑(GPI-1046、308和107)的絕對結(jié)合自由能，GPI-1046的結(jié)合能最小，308小于107的結(jié)合能。通過能量分解的方法考察了FKBP12蛋白的主要殘基與抑制劑之間的相互作用和識別。計算結(jié)果說明3個抑制劑具有相似的結(jié)合模式，計算結(jié)果和實驗結(jié)果吻合。
　　為了說明 V82A和L90M變異對PR和IDV復(fù)合物的影響，我們

3、進行了5。5 ns的MD模擬。用MM-PBSA方法計算了體系的結(jié)合自由能，計算結(jié)果和實驗結(jié)果一致。分解自由能為不同能量項說明，這兩個變異引起熵的貢獻的變化大于焓的貢獻的變化。分解自由能到每個殘基說明 Wild、V82A和L90M具有相似的結(jié)合模式，結(jié)合能的貢獻主要來源于A28/A28’，I50/I50’和I84/I84’這六個殘基組，詳細分析了Wild和IDV的結(jié)合模式，對比分析了V82A和L90M變異引起結(jié)合模式的細小變化。V82A變

4、異引起結(jié)合模式的變化是由于變異后位阻減小導(dǎo)致的。L90M變異引起 D25和L90間的作用增強并引起結(jié)合模式的細小變化。單基因變異 I50V，V82A和I84V被認為是作為HIV-1蛋白酶耐藥性的關(guān)鍵殘基變異。使用MM-PBSA方法計算的抑制劑GRL-98065和PR的絕對結(jié)合自由能的順序與實驗結(jié)果非常吻合。焓和熵平衡的分析，解釋了I50V和V82A變異擁有比野生型(WT)高的熵的貢獻。減少的范德華能解釋了GRL-98065在I84V變異

5、中的耐藥性。GRL-98065和單個蛋白殘基的結(jié)合自由能的計算說明了抑制劑結(jié)合蛋白的結(jié)合機制和耐藥的機制。我們的研究結(jié)果表明 I50V和V82A比 I84V有較大的結(jié)構(gòu)變化相對于野生型的蛋白。
　　用一個非肽類的小分子的抑制劑阻止 MDM2蛋白和p53蛋白的相互作用是一個新的有希望的抗癌藥物設(shè)計的設(shè)計方向。我們采用分子動力學(xué)模擬研究了6個非肽小分子抑制劑和MDM2蛋白的結(jié)合。MM-PBSA方法計算的絕對結(jié)合自由能與實驗確定的非常一

6、致。研究表明，范德華能量是結(jié)合抑制劑的最大的結(jié)合能成分，這表明對這些抑制劑結(jié)合 MDM2蛋白主要是形狀的互補。量子力學(xué)和結(jié)合自由能計算表明了B組抑制劑是更有可能的構(gòu)像。抑制劑和單個殘基的自由能計算可以說明蛋白的結(jié)合模式。研究表明，G1、G2和G3基團模擬了p53蛋白的Phe19、Trp23和Leu26殘基在p53和MDM2蛋白的相互作用中，但 G4基團的結(jié)合模式，不同于最初的設(shè)計策略，不能模擬p53蛋白的Leu22殘基。
　　分子

7、動力學(xué)模擬和自由能計算研究單鏈抗體(scFv)如何結(jié)合甲基苯丙胺(METH)和安非他明(AMP)。對scFv:METH和scFv:AMP兩個復(fù)合物的均方根偏差、距離分析和平均結(jié)構(gòu)進行了比較。這些結(jié)果表明，scFv：AMP并沒有改變抗體的結(jié)合腔。結(jié)合自由能 scFv:AMP復(fù)合物的結(jié)合自由能比scFv:METH的要小，這是和實驗不一致的。然而，scFv:AMP- WAT復(fù)合物的自由能，METH中的甲基組是由水分子取代，比 scFv:MET

8、H復(fù)合物的要大，這是與實驗一致。單個殘基的自由能表明，兩個殘基(Tyr175和Tyr177)與 MEHT的相互作用是非常小的。對于Glu114殘基的靜電作用是更有利的在scFv:METH復(fù)合物中比 scFv:AMP復(fù)合物中。
　　水通道蛋白(AQPZ)是一種四聚體蛋白，它存在于大腸桿菌的細胞膜水通道中。選擇性過濾區(qū)域(SF)的組氨酸殘基(His174)對于水的運輸有著重要的作用。在這項工作中，我們進行平衡分子動力學(xué)(MD)模擬，說