跨膜蛋白和納米材料的分子動力學研究.pdf

1、G蛋白偶聯受體(G Protein-Coupled Receptors，GPCRs)是人體內最大的蛋白質超家族，同時也是制藥領域中最重要的藥物作用靶點。GPCRs能被一系列外部刺激所激活，受體就使它的G蛋白部分脫落并進入細胞內，引發(fā)一系列反應。同時，GPCRs在很多基本的生理過程中起著重要的作用，包括神經傳遞、細胞代謝、分泌、細胞生長、免疫防御、分化等。目前世界藥物市場中30%～50%的藥物作用靶點是GPCRs。
　　最近解析的G

2、PCRs晶體結構有：A2A Adenosine Receptor(A2AAR)、Dopamine D3 Receptor(D3R)、Histamine H1 Receptor(H1R)、C-X-C Chemokine Receptor Type4(CXCR4)、β1 Adrenergic Receptor(β1AR)、β2 Adrenergic Receptor(β2AR)。
　　GPCRs的X-射線結晶學提供越來越多高分辨率的結

3、構，因此可以通過運用同源建模、分子對接和分子動力學模擬等手段來解釋它們潛在的選擇性和活性機理。
　　本文選取三個最新的晶體結構進行研究，包括D3R、H1R和β2AR。研究D3R與激動劑/拮抗劑的結合模式、D3R選擇性殘基、D3R與激動劑/拮抗劑相互結合后兩個構象的區(qū)別；對于H1R/H4R，本文研究了H1R/H4R與激動劑/拮抗劑的結合模式、H4R與小分子的相互作用模式、H4R的選擇性殘基及H1R/H4R與激動劑/拮抗劑相互結合后兩

4、個構象的區(qū)別；同時本文也研究了在納米體穩(wěn)定和移除納米體情況下，復合物β2AR-agonist-Gs蛋白構象變化的順序性。
　　跨膜轉運蛋白能高選擇性、高通量地控制物質在細胞膜的流入與流出。這些轉運蛋白對周圍的環(huán)境非常敏感并通過這種敏感的方式進行自我調節(jié)。它們不僅提供高選擇性的通道，而且可以作為轉運的媒介-定向轉運?？缒まD運蛋白在生物體中扮演重要的角色。然而它們的結構、功能差異非常大。由于缺乏晶體數據，它們很多潛在的轉運機理還不得而

5、知。
　　最近，FocA(formate transporter proteins)、AcrB(multisite drug binding pocket)和vcCNT(Viribo cholerae concentrative nucleoside transporters)被解析出來，使得基于結構的研究得以實現。
　　隨著這些晶體結構的出現，本文采用分子動力學模擬的方法來研究它們的機理。本文選取FocA、AcrB和vcC

6、NT作為研究對象。對于FocA，本文首先定義了轉運通道入口―開‖、―關‖的直徑，然后研究了FocA在不同pH下(中/高pH和低pH)各個轉運通道的―開/關‖狀態(tài)，最后研究了在質子化/去質子化His209下，各個通道的形貌變化；對于AcrB，本文首先研究綁定的分子rifampicin和minocycline在結合口袋中的移動，研究小分子移動過程中的蠕動行為，研究Phe-617 loop結構域在蠕動中的作用，最后研究水分子的流動對藥物定向蠕

7、動的貢獻作用。
　　石墨烯、氧化石墨烯及硅(Silicon)納米粒子成為在許多領域，如癌癥治療、診斷、成像、藥物輸送、催化以及生物傳感器等最有前景的材料。為了促進這些應用，人們急迫想了解納米材料毒性和這些納米材料對人體健康造成潛在的風險。
　　本文先介紹關于胰凝乳蛋白酶和胰蛋白酶在石墨烯/氧化石墨烯上吸附的研究工作。首先，本文發(fā)現胰凝乳蛋白酶不僅吸附到石墨烯上，也會吸附到氧化石墨烯上；其次，發(fā)現胰凝乳蛋白酶的S1活性位點遠離

8、石墨烯，卻吸附到氧化石墨烯上，從而強烈抑制酶的活性；通過分析發(fā)現胰凝乳蛋白酶的S1活性位點在與氧化石墨烯的吸附中發(fā)生劇烈的形變，不再與小分子相互作用；而和石墨烯的吸附中， S1活性位點保持非常完好。在胰蛋白酶與石墨烯/氧化石墨烯吸附的研究中，本文獲得與胰凝乳蛋白酶相似的結論。最后，本文介紹關于Cytochrome C、RNase A和lysozyme在不同尺度(4nm和11nm)及不同表面修飾(-CH3、-COOH、-OH和-NH2)的