β-环糊精和雌二醇的分子动力学模拟和MM-PBSA自由能计算

运用分子动力学和MM-PBSA相结合的方法预测β-环糊精和雌二醇包结模式。通过MD轨迹分析,不论是A-up取向还是D-up取向,雌二醇都可以和β-CD形成稳定的包结;通过氢键占有率的分析,发现β-CD的构象发生一定程度的变化。MM-PBSA计算结果表明,A-up取向包结自由能更低,为优势包结模式。进一步分析各个能量项可得,范德华相互作用能为包结的主要驱动力。

力场/溶剂水模型对EGFRvⅢ抗原-MR1(scFv)抗体复合物的MM-PBSA计算精度的影响与实验验证

以表皮生长因子Ⅲ型突变体(EGFRvⅢ)抗原多肽与其抗体(MR1)及其人源化突变体的复合物结构为出发点,采用分子动力学中的6种常用力场及3种常用溶剂水模型,分别对上述抗原-抗体复合物进行100ns的分子动力学模拟与分子力学和连续介质模型计算自由能(MM-PBSA),并在实验上利用等温滴定量热(ITC)仪测定了抗原和抗体相互作用的热力学参数.通过在结构变化、能量变化及野生型与突变体比较等几个方面进行综合分析,给出了最佳的计算模型.对不同力场及水模型计算精度等相关问题进行了探讨.

CDK2-抑制剂结合自由能计算

细胞周期蛋白依赖性激酶II (cyclin dependentkinase 2 ,CDK2 )是一种重要的治疗癌症的靶标 .本文中采用分子动力学取样 ,运用MM PBSA/GBSA两种方法计算了CDK2 NU610 2复合物的绝对结合自由能 .通过能量分解的方法考察了CDK2大分子主要残基与配体NU610 2之间的相互作用和识别 .

EGFR和4-苯胺喹唑啉类抑制剂之间相互作用模式的研究

采用分子动力学和MM PBSA相结合的方法预测了表皮生长因子受体和 4 苯胺喹唑啉类抑制剂的相互作用模式 .在分子动力学采样的基础上 ,采用MM PBSA的方法分别预测了四种可能结合模式下表皮生长因子受体和 4 苯胺喹唑啉类抑制剂间的结合自由能 .在MM PBSA计算中 ,受体和抑制剂之间的非键相互作用能采用分子力学(MM)的方法得到 ;溶剂效应中极性部分对自由能的贡献通过解Possion Boltzmanne (PB)方程的方法得到 ;溶液效应中非极性部分对自由能的贡献则通过分子表面积计算 (SA)的方法得到 .计算表明 ,在四种结合模式下 ,表皮生长因子受体和 4 苯胺喹唑啉类抑制剂之间的结合自由能有较大的差别 .在最佳的相互作用模式中 ,抑制剂的苯胺部分位于活性口袋的底部 ,能够与受体残基的非极性侧链产生很强的范德华和疏水相互作用 .抑制剂喹唑啉环上的N(1)原子能够和Met 76 9上的NH形成稳定的氢键 ,而抑制剂上的N(3)原子则和周围的一个水分子形成氢键 .同时 ,抑制剂双环上的取代基团也能和活性口袋外部的部分残基形成一定的范德华和疏水相互作用 .

p53-MDM2相互作用的分子力学和动力学研究

p53-MDM2相互作用的抑制已经成为治疗癌症的新方法.本文将分子动力学模拟和MM-PBSA(molecular mechanics/passion-Boltzman surface area)方法结合起来研究MDM2-p53相互作用机制。结果证明范德华相互作用驱动了MDM2与p53的结合.基于残基-残基相互作用的计算不仅证明p53的三个残基Phe19′,Trp23′和Leu26′与MDM2有较强的相互作用,而且还发现另外两个残基Leu22′和Pro27′也与MDM2有较强的相互作用,这为抗癌药物的设计提供了新靶标.同时也证明CH-CH,CH-π和π-π相互作用驱动了p53在MDM2疏水性裂缝中的结合.

Asp25质子化有利于HIV-1蛋白酶与抑制剂GRL02031结合

GRL02031是人体免疫缺陷病毒(HIV-1)天冬氨酸蛋白酶的抑制剂,是潜在的治疗艾滋病药物,HIV-1蛋白酶中Asp25/Asp25’的质子化状态对于理解HIV-1蛋白酶和抑制剂的作用机制以及氨基酸变异对抗药性的影响有重要意义.本文对Protease-GRL02031(PR-031)复合物的最可能的四种质子化状态进行了5ns分子动力学模拟,分析了Asp25/Asp25’不同的质子化状态对动力学特征和作用机制的影响,用MM-PBSA的方法计算了PR-031复合物在各种质子化状态下的结合自由能,同时对作为PR-031作用桥梁的水分子与PR-031复合物形成氢键的分析,表明水分子在ASP25质子化状态下最为稳定.结果显示A链ASP25中OD2质子化更有利于蛋白酶与抑制剂GRL02031的结合,是最可能的质子化状态.这对更高效的抗变异药物的设计提供了理论上的指导.

抑制剂8CA与脂肪细胞脂肪酸结合蛋白(A-FABP)结合模式的分子动力学研究

脂肪细胞脂肪酸结合蛋白A-FABP(Adipocyte fatty-acid binding protein)是治疗脂质调节生物过程相关疾病的重要靶标.采用分子动力学模拟和MM-PBSA方法研究抑制剂8CA与A-FABP结合模式,结果表明静电相互作用和范德华作用驱动了抑制剂8CA与A-FABP的结合.基于残基的能量分解表明抑制剂8CA与R126间的极性相互作用为抑制剂与A-FABP的结合提供了重要贡献,该残基与8CA的相互作用较好地稳定了抑制剂与A-FABP复合物的稳定性.期望该研究可为治疗炎症、动脉硬化和代谢病药物设计提供一定的理论指导.

分子动力学研究抑制剂APV与HIV-1蛋白酶的作用机制

采用分子动力学模拟和结合自由能计算研究了抑制剂APV与HIV-1蛋白酶的作用机制.研究结果表明范德瓦尔斯作用主控了APV与HIV-1蛋白酶的结合.采用基于残基的自由能分解方法计算了抑制剂-残基相互作用,结果表明9个残基Gly27、Ile32、Val47、Ile50、Ile84、Ala28'、Gly49'、Ile50'和Arg87'与APV产生了大于1.0 kcal/mol的强相互作用,而且证明CH-π,CH-O相互作用和极性作用是其结合的主要形式.期待该结果可以为以HIV-1蛋白酶为靶标的抗艾滋病药物设计提供理论上的指导.

HIV-1蛋白酶的质子化状态

将分子动力学模拟和分子力学-泊松/波耳兹曼方法相结合,研究在HIV蛋白酶和抑制剂ABT-538的复合物中的不同质子化位置.结果表明:不同的质子化状态对蛋白酶的温度因子、蛋白酶和抑制剂的结合自由能及氢键都有很大影响.用分子力学-泊松/波耳兹曼方法计算显示:在B链中,25号天冬氨酸OD1氧原子被质子化的结合自由能最强,计算得到的温度因子和实验值比较吻合.另外,由氢键分析看出:在此质子化状态中,药物和蛋白酶、药物和W301水分子、W301水分子和蛋白酶形成的氢键在整个动力学模拟过程中最稳定.

(E)-2-(乙酰胺亚甲基)琥珀酸水解酶与其催化底物相互作用的理论研究

通过分子对接和分子动力学模拟等理论方法研究(E)-2-(乙酰胺亚甲基)琥珀酸(E-2AMS)水解酶与其水解底物E-2AMS的结合方式。MM-PBSA结合自由能计算结果和动力学轨迹的统计分析都表明,在E-2AMS与水解酶形成的复合结构中,底物酰胺键采取反式构型在能量上更有利。在这种结合方式中,水解酶活性位点处的关键残基Arg146、Arg167、Tyr168、Arg179和Tyr259与E-2AMS之间形成7条氢键,在催化反应中起到稳定底物的作用;而残基Ile41和Leu107的主链氨基形成"氧负离子洞",能够抵消催化过程中酰胺氧原子上积累的负电荷,有利于反应的顺利进行。

HIV-1蛋白酶与抑制剂BEB的结合自由能计算

HIV-1蛋白酶（PR）是治疗艾滋病的重要靶标酶之一．笔者采用分子动力学模拟，运用MM—PBSA方法计算了PR与抑制剂BEB复合物的绝对结合自由能；运用能量分解的方法考察了PR的主要残基与BEB间的相互作用与识别，结果表明：残基GLY27、ALA28／ALA28＇,GLY49、ILE50／ILE50和ILE84／ILE84为PR与BEB的结合自由能提供了主要贡献．抑制剂BEB骨架上的OH基和NH基与残基ASP25／ASP25＇,ASP29和GLY27之间的氢键相互作用有利于复合物的稳定．计算结果与实验值吻合较好．

HIV-1跨膜蛋白gp41与N-取代吡咯衍生物的结合模式研究(英文)

采用分子对接,分子动力学(MD)模拟和分子力学/泊松-波尔兹曼溶剂可有面积方法与分子力学/广义伯恩溶剂可及面积方法(MM-PBSA/MM-GBSA),预测两种N-取代吡咯衍生物与HIV-1跨膜蛋白gp41疏水口袋的结合模式与作用机理.分子对接采用多种受体构象,并从结果中选取几种可能的结合模式进行MD模拟,然后通过MM-PBSA计算结合能的方法识别最优的结合模式.MM-PBSA计算结果表明,范德华相互作用是结合的主要驱动力,而极性相互作用决定了配体在结合过程中的取向.进一步的结合能分解显示,配体的羧基与gp41残基Arg579的静电相互作用对结合有重要贡献.上述工作为进一步优化N-取代吡咯衍生物类的HIV-1融合抑制剂建立了良好的理论基础。

DPP-4与氰基吡咯烷类抑制剂相互作用的分子动力学模拟

通过分子对接、分子动力学(MD)模拟和自由能分析的方法研究3种氰基吡咯烷抑制剂与二肽基肽酶-4(DPP-4)之间的成键机制,分析和讨论3种抑制剂与二肽基肽酶之间的静电相互作用、范德华相互作用。用MM-PBSA方法计算得到的3种抑制剂的结合自由能与实验测得的结果是一致的。抑制剂与残基所形成的氢键能够使抑制剂稳定在结合位点。由残基Tyr631和Tyr666与抑制剂形成的范德华相互作用对结合自由能起到关键作用,并且显著地将3种不同抑制剂的生物活性区分开来。

HIV-1 Tat与P-TEFb复合物的分子动力学模拟及结合自由能计算

P-TEFb结构中与Tat蛋白的结合位点是新型抗HIV-1药物设计和虚拟筛选的重要靶标.对含有两个锌指结构的Tat.P-TEFb复合物体系进行了14ns的分子动力学模拟,应用MM-PBSA/GBSA方法计算体系的结合自由能,以及通过基于氨基酸残基的能量分解来探究体系中蛋白质之间的相互作用.结果表明范德华作用能是复合物形成的主要驱动力,Cys261与ZN88之间的配位作用是结合自由能的最大贡献者.根据Tat.P-TEFb体系的动力学结构信息和残基能量分解结果预测了P-TEFb结构中可能的活性位点.位点Ⅰ和位点Ⅱ应可作为基于受体三维结构的抗HIV-1药物分子设计的起始位点.模拟计算的结果可以为进一步指导药物设计奠定基础.

乙酰胆碱酯酶AChE与其抑制剂1,3,4-噻二唑类衍生物的结合机理研究

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是老年痴呆的一种,在老年人中有较高的发病率,乙酰胆碱酯酶抑制剂(AChEI)是目前广泛应用于临床治疗这类病症的主要药物.我们选择3种1,3,4-噻二唑抑制剂,分别与AChE进行分子对接和分子动力学(MD)模拟研究其结合模式以及相互作用机理.通过MM-PBSA方法分别计算了3种抑制剂与酶之间的自由结合能,计算结果与实验中测得的抑制剂的IC50值相一致.抑制剂与周围残基之间的氢键作用以及能量分析合理解释了AChE与抑制剂之间的结合模式以及相互作用机理.

L-色氨酸与α/β-环糊精结合机理的计算研究

本研究通过分子动力学模拟详细探讨α/β-环糊精(α/β-CD)与L-色氨酸(L-Trp)在水溶液环境下的相互作用。通过利用MM/PBSA方法计算结合自由能,表明α/β-CD在水溶液中能够自发的与L-Trp络合,并且β-CD与L-Trp结合能力更强。通过观察α/β-CD与L-Trp的动态结合过程,并计算氢键数量,CD空腔内水分子数量,以及CD-L-Trp复合物的均方根偏差(RMSD),表明L-Trp加载到CD空腔后驱逐了空腔内的水分子,β-CD与L-Trp结合更加稳定,并且α-CD显示出与之不同的加载方式。

乙酰胆碱酯酶AChE与1,7-二氮杂咔唑抑制剂的作用机理的分子动力学模拟

通过分子对接、分子动力学(MD)模拟以及成键自由能分析方法,从原子水平上模拟研究了3种1,7-二氮杂咔唑衍生物(分别记为M1、M2和M3)与ACh E的结合模式及相互作用机理,分析和讨论了研究体系的静电相互作用和范德华相互作用(vd W)。用MM-PBSA方法计算的3种抑制剂与ACh E之间的结合自由能与抑制剂的实验生物活性数据(IC50值)相对应。分析结果表明,残基S286与抑制剂之间形成的氢键作用有利于抑制剂与ACh E之间的结合。范德华相互作用,尤其是抑制剂与关键残基W279和Y334的作用,对抑制剂与ACh E之间的结合自由能有较大的贡献,在区分抑制剂M1(或M2)和M3的生物活性上发挥着重要的作用。

三氢-咪唑并[4,5-c]喹啉-4(5H)-酮衍生物与二肽基肽酶-4结合机理的理论研究

通过分子对接、分子动力学(MD)模拟和结合自由能分析的方法研究了三氢-咪唑并[4,5-c]喹啉-4(5H)-酮衍生物药物与二肽基肽酶之间的成键机制,分析和讨论了抑制剂和相邻残基之间的氢键和疏水相互作用.用MM-PBSA方法计算得到的4个抑制剂的结合自由能与实验上测得的结果是一致的.抑制剂与DPP-4的关键残基间的范德华相互作用对于体系的结合能有较大的贡献,并且是区分不同抑制剂生物活性的标志之一.

黑曲霉α-L-鼠李糖苷酶与柚皮苷分子动力模拟研究

α-L-鼠李糖苷酶能够水解柚皮苷生产普鲁宁和L-鼠李糖,可用于柑橘类果汁的脱苦处理。对柚皮苷和黑曲霉α-L-鼠李糖苷酶进行分子对接,采用分子动力模拟和MM-PBSA结合的方法计算对接复合物的结合自由能,并分析了分子间相互作用以及各个残基对结合自由能的贡献。结果表明范德华作用力是黑曲霉α-L-鼠李糖苷酶与柚皮苷结合的主要驱动力,库伦电荷作用和非极性溶剂化能对结合贡献较小。Trp236、Ala340、Ile462、Phe461、Tyr516、Val522、Trp528等是黑曲霉α-L-鼠李糖苷酶和柚皮苷结合过程中形成疏水作用的重要氨基酸残基。在分子动力模拟平衡后的氢键分析中,黑曲霉α-L-鼠李糖苷酶Ser286、Phe465、Pro520残基和柚皮苷共形成了3个稳定的氢键。本研究分析了黑曲霉α-L-鼠李糖苷酶与柚皮苷结合的驱动力,以及结合过程中重要氢键及疏水性残基,为蛋白质工程改造α-L-鼠李糖苷酶提供了靶位。

分子模拟研究1,3,4-噻二唑类衍生物对AChE/BChE的生物活性和选择性机理

乙酰胆碱酯酶(ACh E)和丁酰胆碱酯酶(BCh E)均属于胆碱酯酶类(Ch Es),具有不同的催化特性及抑制模式,是具有高度同源性的两种蛋白质,在神经系统中发挥着重要的作用.揭示胆碱酯酶抑制剂的选择性机理是开发新型的阿尔茨海默症药物的重要课题.我们研究了3种1,3,4-噻二唑抑制剂对ACh E/BCh E的生物活性和选择性机理.采用MM-PBSA方法对3种抑制剂与ACh E/BCh E之间的相互作用能进行了计算.研究结果表明,3种抑制剂对ACh E均表现出较高的活性,说明这3种抑制剂能够选择性抑制ACh E,所得计算结合自由能排序与抑制剂的实验抑制常数吻合较好.