艾滋病毒蛋白酶異位抑制劑體系的分子動力學研究.pdf

1、獲得性免疫缺陷綜合癥(AIDS),即艾滋病,是一種跨種屬傳播的死亡率很高的疾病,艾滋病主要由Ⅰ型人類免疫缺陷病毒(HIV-1)引起,在艾滋病毒的生命周期中有多種酶起了重要的生化和生理作用,其中受到現代藥物開發(fā)關注的有三種酶,分別是逆轉錄酶(RT)、蛋白酶(PR)和整合酶(IN).HIV蛋白酶在適當的位置產生具有傳染性HIV病毒粒子的成熟蛋白成分,缺少HIV蛋白酶,HIV病毒粒子就不具有傳染性。改變HIV蛋白酶活性位點或抑制其活性,會影響

2、HIV的復制及傳染其他細胞,因此抑制HIV蛋白酶成為制藥研究的重點.HIV-1蛋白酶屬于天冬氨酸酶類,是一個C2對稱的同質二聚體,每一條肽鏈由99個氨基酸組成.一對天冬氨酸-蘇氨酸-甘氨酸(Aspartyl-Threonine-Glycine)殘基序列構成了HIV-1蛋白酶的活性中心.甘氨酸(Glycine)和異亮氨酸(Isoleucine)組成的β結構(flap)延伸到活性部位上面并將活性部位遮蓋.flap對底物或抑制劑的進出起作用.

3、當沒有底物與蛋白酶結合時,flap打開,底物進入其內部,然后flap關閉,當蛋白酶將底物分解加工完畢后,flap再次打開,將底物從活性位點釋放出去,再讓新的底物進入,開始新的加工周期.
　　2009年底,Scripps研究所的A. Perryman等針對HIV蛋白酶用片段篩選的方法發(fā)現兩個在活性位之外的新的結合位點(allosteric binding sites,異位結合位點),exo位和outside/top位,并發(fā)現了結合在

4、這二個異位結合位點上的兩種化合物,2-甲基環(huán)乙醇和6-吲哚甲酸.X射線晶體學實驗證實:第一,片段確實結合到了蛋白酶的新位點;第二,這些片段改變了蛋白酶的位形.這兩種化合物既能結合到新位點又能穩(wěn)定活性位抑制劑的構象,雖然它們尚未表現出抑制作用,但可以成為開發(fā)針對耐藥性艾滋病病毒的新藥的出發(fā)點.
　　分子動力學(MD)模擬是研究生物分子的結構和性質的重要工具.對一個由具有相互作用的大量原子構成的分子體系,分子動力學用勢函數表示原子間的

5、相互作用,認為體系中各原子的運動服從牛頓方程,通過求解關于體系中各原子的動力學方程組,得到體系在相空間的一段演化軌跡,再運用統(tǒng)計力學的方法得到體系的有關信息,如能量、密度等.只要知道相互作用的勢函數,分子動力學就可以模擬具有復雜多體相互作用的生物分子的運動.分子動力學模擬的結果有助于理解生物分子的結構和功能.
　　結合自由能計算對研究抑制劑和蛋白質之間的作用機制十分重要.準確的自由能預測可以更好地理解生物大分子的結構和功能關系,為

6、合理的藥物設計提供依據.分子力學/泊松–玻耳茲曼溶劑可接近表面積(MM-PBSA)方法是應用很廣的一種基于經驗方程的自由能計算方法.自由能的正負決定了結合的可能性,其大小決定了反應的程度.
　　本文對HIV-1蛋白酶異位抑制劑體系和活性位抑制劑體系分別進行8ns的分子動力學模擬,對兩個模擬的動力學軌跡進行對比分析,用MM-PBSA方法分別計算了兩體系抑制劑與蛋白酶的結合自由能.異位抑制劑體系中抑制劑與蛋白酶的結合自由能為-90.3