蛋白质相互作用：界面分析,结合自由能计算与相互作用设计

蛋白质相互作用在生命活动中起着重要作用.研究蛋白质间相互作用的本质有助于了解生命活动中这些基本单元的作用.本文主要综述了近期蛋白质相互作用研究的进展,包括蛋白质相互作用界面的基本性质,蛋白质结合自由能的计算方法,不同相互作用在蛋白质结合/解离中的角色和差异,以及上述知识在蛋白质相互作用设计中的应用.蛋白质相互作用界面的特性,例如界面大小、保守性以及结构的动态性质,使得具有生物功能的蛋白质相互作用界面区别于非特异性的晶体堆积界面.生物功能界面的一个重要结构特征是界面上存在着关键残基以及相对独立的相互作用模块.利用多种方法,如MM-PBSA、统计平均势以及不同的相互作用自由能模型,可以在不同的精度上计算蛋白质相互作用自由能.利用蛋白质相互作用界面的特点,从不同的角度进行蛋白质相互作用对的设计与改造,近年来已经有了不少成功的例子,但还存在着很大的挑战.我们认为在今后的蛋白质相互作用设计中,考虑各种因素对蛋白质结合与解离的动力学过程的影响将有助于提高人类控制蛋白质相互作用的能力.

PDE4B专一性抑制剂选择性的起源

采用分子动力学模拟和结合自由能计算研究了PDE4B抑制剂选择性的起源.首先,探索了模拟时间、溶质介电常数、配体的电荷方案和结合自由能的计算方法对结合自由能预测值准确度的影响,确定最佳模拟条件为:模拟时间40~50 ns,溶质介电常数ε=2,采用MM/GBSA方法以及RESP配体电荷计算方案.接着,通过能量分解分析了抑制剂A33与PDE4B/PDE4D的相互作用,发现PDE4B酶上的Ile410、Gln443、Phe446和Phe506对抑制剂的选择性识别贡献较大.最后,通过位点突变方法探索了PDE4B的CR3螺旋上的Leu502残基对A33选择性所起的作用.当前的工作为设计高活性、高选择性的PDE4B抑制剂提供了有价值的结构与活性关系信息.

血管紧张素转换酶与抑制肽结合模式的分子动力学研究

应用分子模拟方法研究了血管紧张素转换酶(Angiotensin-converting enzyme,ACE)C端结构域(C-domain)与两种抑制肽(RIGLF/AHEPVK)的结合机制,预测了两个体系的结合模式,提出在C-domain-RIGLF中His353,Asp377,Asp453,Phe457,His513,Tyr523和Phe527为RIGLF主要结合残基,而在C-domainAHEPVK中Gln281,His353,Ser355,Glu384,Lys511,His513和Tyr523等残基起关键作用.应用结合自由能计算比较了两个体系的结合能力,结果表明,RIGLF和AHEPVK均与C-domain活性位点残基存在较强作用,且AHEPVK对C-domain的结合能力较强,与实验结果一致.

基于分子模拟方法探究杜仲叶中安神活性成分及其作用机制

本研究通过分子模拟方法探究杜仲叶中安神活性成分。在TCMSP数据库中检索杜仲叶的化学成分,以“insomnia”和“anxiety”为关键词在GeneCards数据库中检索安神作用相关靶点。将检索得到的化学成分和靶点蛋白通过Schr?dinger软件进行分子对接,根据对接分数进行筛选,对筛选得到的配体-蛋白复合物进行结合自由能计算。与阳性对照组相比化合物儿茶素、桃叶珊瑚苷和槲皮素与靶点蛋白SLC6A4、SCNA、DRD2和HTR2A能够形成稳定的复合物体系。化合物儿茶素、桃叶珊瑚苷和槲皮素可能为杜仲叶中安神作用的活性成分。

DNA小沟结合药物DB818的分子动力学模拟和结合自由能分析

采用分子动力学模拟了DNA小沟结合芳香二脒药物DB818形成的复合物.通过5ns的模拟研究表明:DB818药物分子可紧密结合在DNA的AATTC小沟区域,和双螺旋d[CGCGAATTCGCG]2形成稳定的复合物.由于噻吩硫原子的弱电负性,使DB818能够以更大的伸展程度与DNA的小沟结合,形成更强的结合力.DB818苯并咪唑的氮原子能够与DNA7位和19位T碱基上的氧原子形成两个稳定的氢键,同时,DB818末端氨基氮原子分别与DNA的20位T碱基的氧原子和9位C碱基的氧原子形成两个氢键.另外,运用MM_PBSA方法计算了DB293-DNA和DB818-DNA复合物的结合自由能,计算结合能与实验值能较好的吻合,通过比较其结合自由能,从热力学能量角度说明了DB818有较大的熵值与较小的焓值贡献,从而与DNA小沟结合的结合力比DB293强.本文在分子水平上提供了DB818直接与双螺旋DNA相互作用的结构及复合物的动态变化情况,为设计出更高生物活性的DNA小沟结合剂提供一定的理论依据.

人类细胞色素P450 2E1酶在不同乙醇浓度下构象变化的分子动力学模拟（英文）

细胞色素P450(CYP)2E1家族酶是一种具有双重功能的单加氧酶,能够参与市场上6%药物的代谢而具有重要的作用.这类酶与酒精的消耗、糖尿病、肥胖症以及厌食症等密切相关,引起了广泛的研究兴趣.目前尚未见从原子水平上对这种酶在不同乙醇浓度下构象行为的研究.基于此,本文研究了花生四烯酸(AA)与CYP2E1复合物结构在不同乙醇浓度下构象与能量变化的特点.对于在不同乙醇浓度下AA与CYP2E1的复合物结构,采用分子动力学模拟结合自由能计算的方法进行研究.分子动力学模拟结果表明,His109和Lys243氨基酸残基对AA与CYP2E1的结合起到了至关重要的作用.当体系的乙醇浓度较高时,AA的结合能力有所下降,这种结合能力的下降是由于AA与CYP2E1之间氢键相互作用力的减弱所致.本研究对于AA与CYP2E1复合物结构在不同乙醇浓度下,AA分子与CYP2E1分子结合能力下降以及CYP2E1的构象变化给出了详细的解释.本研究工作得到的结论对于实验和理论研究均有重要意义,可为后续细胞色素P450酶类催化活性的研究提供理论支持.

立体效应对烷氧基异恶唑类Sigma-1受体抑制剂与Sigma-1受体相互作用的影响

Sigma-1受体(Sigma-1 receptor,σ1R)主要参与调节细胞应激反应和细胞稳态,并与许多神经退行性疾病及肿瘤的发生发展密切相关。烷氧基异恶唑类化合物是一种新型的σ1R受体抑制剂,对σ1R具有较好的抑制活性,最优化合物与σ1R之间的结合常数小于1 nm。为了探究立体效应对这一类抑制剂与σ1R相互作用的影响,应用分子对接、分子动力学模拟和结合自由能计算;对比研究了3个σ1R抑制剂(20、37和54)与σ1R之间的相互作用方式和结合强度。研究表明,具有较大头端疏水区和质子供体N原子区的化合物54与σ1R之间的结合强度最大,这与实验测得的结合常数一致。此外,还计算了σ1R抑制剂与σ1R之间相互作用的能量分项。结果表明,范德华相互作用对该类抑制剂与σ1R之间的相互作用起主导作用;而静电相互作用的影响较小。基于氨基酸残基的结合自由能分解及对抑制剂与σ1R结合构象的分析表明,提高头端疏水区和质子供体N原子区的立体体积,有利于提高该类抑制剂与σ1R之间的结合活性。

分子对接和动力学模拟识别新型X连锁抗凋亡蛋白抑制剂

目的开发新型X连锁抗凋亡蛋白(XIAP)抑制剂。方法采用计算机辅助药物设计,对ChemDiv数据库分别进行类药性筛选、基于结构的虚拟筛选,然后对筛选出的化合物进行分子动力学模拟和结合自由能评价。结果发现了两个结构新颖的化合物,其分子动力学和结合自由能表现均优于已知抑制剂ASTX660。结论筛选出的两个化合物可作为可能的XIAP抑制剂的先导化合物进行验证和优化。