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.

两种微生物源谷氨酰胺转氨酶与底物特异性识别的全原子动力学模拟研究

微生物源谷氨酰胺转氨酶(Transglutaminase,TGase)能够催化蛋白间氨酰基转移促进蛋白交联,已经广泛应用于食品、轻工等多种领域.然而目前微生物源TGase与底物间基于长程作用力的分子特异性识别机制仍不清楚,理性改造困难.本研究以源自高茂源链霉菌(MTG)和源自枯草芽孢杆菌(BTG)的两种TGase为研究对象,使用分子对接技术构建酶与底物的结合复合体并使用分子动力学模拟解析两种TGase与底物识别的分子机制.结果显示两种TGase在底物识别过程高度类似,均由催化腔外周loop区域氨基酸残基通过范德华及静电作用固定底物整体,而后由位于催化腔底部催化三联体内Asp(MTG)或Glu(BTG)通过羧基侧链稳定反应发生局部空间构象并拉近底物Gln内γ-酰胺基与核心催化残基Cys间距,以便后续反应过程中TGase-底物中间体的生成.上述结果阐明了TGase与底物活性基团的分子识别模式,提出了两种TGase内作用于底物识别的氨基酸残基,为以后TGase的理性改造研究提供了理论基础.

谷氨酰胺结合蛋白的分子动力学模拟和自由能计算

谷氨酰胺结合蛋白(Glutamine-bindingprotein,GlnBp)是大肠杆菌透性酶系统中一个细胞外液底物专一性结合蛋白,对于细胞外液中谷氨酰胺(Gln)的运输和传递至关重要.本文运用分子动力学(Moleculardynamics,MD)模拟采样,考察了GlnBp关键残基与底物Gln之间的相互作用和GlnBp两条铰链的功能差别;并采用MM-PBSA方法计算了GlnBp与底物Gln的结合自由能.结果表明:Ph13,Phe50,Thr118和Ile69与底物Gln的范德华相互作用和Arg75,Thr70,Asp157,Gly68,Lys115,Ala67,His156与底物Gln的静电相互作用是结合Gln的主要推动力;复合物的铰链区85～89柔性大,对构象开合提供了结构基础;而铰链区181～185柔性小,其作用更多是在功能上把底物Gln限制在口袋中;自由能预测值与实验值吻合.本研究很好地解释了GlnBp结构与功能的关系,为进一步了解GlnBp的开合及转运Gln的机制提供了重要的结构信息.

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.

石杉碱甲与乙酰胆碱酯酶作用的分子模拟研究

目的阐明石杉碱甲与乙酰胆碱酯酶结合的分子机制和关键氨基酸。方法运用分子对接和分子动力学方法分析石杉碱甲与乙酰胆碱酯酶的结合位点;MM-PBSA方法计算两者的结合自由能和作用力的类型、大小;丙氨酸突变扫描方法评估关键残基对结合自由能的贡献。结果复合物中石杉碱甲与Glu202形成1个氢键,与Trp86和Tyr337形成π-π堆积作用;结合自由能为-18.18kcal·mol^(-1),范德华力和静电作用力为主要驱动力,非极性溶剂化能是主要抑制作用力;丙氨酸突变扫描结果显示残基Hid442的ΔΔG_(bind)为3.17kcal·mol^(-1)。结论氢键和π-π堆积作用是石杉碱甲活性的分子基础,残基Hid442在石杉碱甲与乙酰胆碱酯酶的结合中起重要作用。

FKBP12与其抑制剂作用的结合自由能计算

FKBP12(FK506-binding proteins-12)是一种具有神经保护和促神经再生作用的蛋白.文中采用分子动力学模拟取样,运用MM-PBSA方法计算了FKBP12-TST复合物的绝对结合自由能.通过能量分解的方法考察了FKBP12分子主要残基与配体TST之间的相互作用.

甜菜夜蛾细胞色素P450(CYP9A11)与3种杀虫剂的结合机理研究

细胞色素P450(以下简称CYP)与昆虫的抗药性密切相关。本研究运用Auto Dock分子对接技术和分子力学泊松-波尔兹曼表面积法(molecular mechanics Poisson-Boltzmann surface area,MM-PBSA)结合自由能计算方法,分析了甜菜夜蛾CYP9A11与3种杀虫剂结合的作用位点、作用力类型和大小。结果表明:CYP9A11与毒死蜱结合形成两个氢键,有8个氨基酸残基参与形成疏水作用力,二者结合自由能为–3 659.80 k J/mol;CYP9A11与灭多威结合形成5个氢键,有3个氨基酸残基形成疏水作用力,结合自由能为–470.92 k J/mol;CYP9A11中有7个氨基酸残基与氯氰菊酯结合形成疏水作用力,结合自由能为–473.44 k J/mol。范德华力是CYP9A11与毒死蜱结合的主要驱动力,极性溶剂化能是CYP9A11与氯氰菊酯和灭多威结合的主要驱动力,这些结果为阐明甜菜夜蛾CYP9A11与3种杀虫剂的结合机理提供了参考。

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.

分子动力学和丙氨酸变异研究MDM2与抑制剂P4的结合模式

抑制p53-MDM2相互作用已经成为癌症治疗的新途径.采用分子动力学模拟和MM-PBSA(molecular mechanics-Possion-Boltzmann surface area)方法研究了肽类抑制剂P4与MDM2的结合模式.研究表明P4与MDMD2疏水性裂缝的范德华作用是抑制剂结合的主导力量。采用丙氨酸变异计算研究了P4与MDM2的作用热区.结果表明残基Lys51,Leu54,Leu57,Ile61,Met62,Tyr67,Gln72,His73,Val93,His96和Ile99的丙氨酸变异导致了范德华作用的降低,而对极性相互作用几乎没有产生影响,同时也证明这些残基处于P4与MDM2作用表面的热区,对抑制剂的结合有重要贡献,这能为抗癌药物的设计提供理论上的指导.

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.

(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。

抑制剂RVX08、SF2535、RVXOH与BRD4蛋白第一结构域结合模式的分子动力学研究

该工作采用分子动力学模拟和主成分分析等方法研究了抑制剂SF2535、RVX08和RVXOH与BRD4蛋白第一结构域(BRD4-1)的结合对BRD4-1蛋白构象的影响.此外,为进一步研究三个抑制剂与BRD4-1蛋白的结合能力,采用分子力学泊松-玻尔兹曼表面积(MM-PBSA)方法计算了抑制剂与BRD4-1蛋白的结合自由能.结果表明SF2535与BRD4-1蛋白的结合能力最强.本研究不仅有助于更好的了解BRD4-1的功能和内在动力学,而且还可为以BRD4-1为靶标的有效抗癌药物的研发提供理论基础.

HIV-1蛋白酶与抑制剂TMC-114作用机制的自由能研究

HIV-1蛋白酶已经成为治疗艾滋病的主要药物靶标之一.文中采用分子动力学模拟和MM-PBSA方法计算了HIV-1蛋白酶与TMC-114的结合自由能.通过能量分解考察了HIV蛋白酶的各残基与TMC-114的相互作用.

肿瘤蛋白MDMX与抑制剂PMI作用机制的分子动力学研究

恢复抑癌蛋白p53的功能已经成为一种治疗癌症的新途径。本文采用分子动力学模拟和MM-PBSA方法计算了抑制剂PMI与肿瘤蛋白MDMX的结合自由能。结果表明范德华相互作用驱动了PMI与MDMX的结合。同时也使用基于残基对的自由能分解方法计算了残基–残基相互作用,结果不仅表明PMI的5个残基能与MDMX产生强烈的相互作用,而且也表明CH-CH,CH-π,π-π相互作用主导了PMI在MDMX疏水性裂缝中的结合。我们期望这个研究能为抑制p53-MDMX相互作用药物的研发提供理论上的启示。

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.