細(xì)胞內(nèi)二級(jí)信使及相關(guān)磷酸二酯水解機(jī)理的理論研究.pdf

1、該文運(yùn)用理論化學(xué)方法研究了細(xì)胞內(nèi)二級(jí)信使一腺苷3',5'-磷酸單酯(cAMP)及相關(guān)磷酸二酯的非酶水解和酶催化水解.第一章中我們運(yùn)用第一原理電子結(jié)構(gòu)計(jì)算方法研究了cAMP及相關(guān)的磷酸二酯-三甲基磷酸酯(TMP)的競(jìng)爭(zhēng)水解反應(yīng)途徑,并預(yù)測(cè)了各水解途徑相應(yīng)的反應(yīng)自由能能壘.反應(yīng)坐標(biāo)計(jì)算表明存在三條基本水解反應(yīng)途徑:(A)氫氧根離子進(jìn)攻磷酸酯陰離子的磷原子(屬于S<,N>2反應(yīng)機(jī)理,反應(yīng)過程中無五配位磷酸酯中間體生成);(B)水分子直接進(jìn)攻磷

2、酸酯陰離子的磷原子(屬于三步歷程);(C)水分子直接進(jìn)攻磷酸酯中性分子的磷原子(屬于兩步歷程).第二章中主要應(yīng)用量子化學(xué)從頭計(jì)算方法研究了四種磷酸二酯-二甲基磷酸酯(DMp),乙撐磷酸酯(EP),TMP陰離子及cAMP的模型化合物(cAMPm)的堿性水解反應(yīng)途徑,并估算了各個(gè)反應(yīng)的能壘和自由能能壘.反應(yīng)坐標(biāo)計(jì)算表明所有這些磷酸酯的堿性水解均遵循一步歷程雙分子反應(yīng)機(jī)理,磷酸酯的水解由氫氧根對(duì)酯上的磷原子的親核進(jìn)攻開始.氣相計(jì)算結(jié)果表明,D

3、MP,EP和TMP的堿性水解反應(yīng)的能壘高度非常接近,EP分子中環(huán)張力的影響表現(xiàn)不明顯.隨后,我們用五種不同的自洽反應(yīng)場(chǎng)(SCRF)方法計(jì)算了這四種酯在水溶液中的堿性水解反應(yīng)能壘和自由能能壘,并將計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較.第三章主要應(yīng)用分子對(duì)接和第一原理的電子結(jié)構(gòu)方法研究cAMP的酶模型催化水解.為了獲得較好的底物-受體反應(yīng)前絡(luò)合物的初始構(gòu)型,我們使用對(duì)cAMP專一的磷酸二酯酶PDE4B2B活性區(qū)和底物分子cAMP的晶體結(jié)構(gòu)(ht

4、tp:∥www.rcsb.org/pdb/),然后分別用AutoDock和FlexX程序?qū)AMP分子對(duì)接到PDE酶的活性中心.兩種程序的計(jì)算結(jié)果一致認(rèn)為底物與酶模型結(jié)合的最佳方式是cAMP分子的磷酰氧占據(jù)活性中心鎂離子的六配位八面體結(jié)構(gòu)中的一個(gè)錐頂位置.為了進(jìn)一步用量子化學(xué)從頭算方法研究底物與受體的作用機(jī)理,酶晶體活性區(qū)的結(jié)構(gòu)被簡(jiǎn)化為包含兩個(gè)二價(jià)金屬陽離子(Zn<'2+>和Mg<'2+>離子)的配位化合物模型結(jié)構(gòu),cAMP則被簡(jiǎn)化為T