分子模擬應(yīng)用于酰胺合成酶-小分子-肌動(dòng)蛋白解聚因子-肌動(dòng)蛋白相互作用研究.pdf

1、近年來，隨著計(jì)算機(jī)水平的不斷提高，分子動(dòng)力學(xué)模擬已發(fā)展成為生物、化學(xué)、物理、材料等領(lǐng)域的一種重要研究手段。一些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)難以獲取的信息，可以利用分子動(dòng)力學(xué)模擬得到。例如利用分子動(dòng)力學(xué)模擬在原子水平上研究蛋白質(zhì)折疊/去折疊、酶的催化反應(yīng)機(jī)理，蛋白-蛋白相互作用機(jī)理等。本文利用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，對(duì)酰胺合成酶GH3（Gretchen Hagen）與小分子，肌動(dòng)蛋白解聚因子ADF與肌動(dòng)蛋白actin的相互作用進(jìn)行了系統(tǒng)而詳細(xì)的研究。研究的主要內(nèi)

2、容包括以下三個(gè)部分：
　　葡萄生長(zhǎng)素酰胺合成酶GH3的選擇性機(jī)理研究
　　生長(zhǎng)素 IAA（吲哚乙酸）在植物生長(zhǎng)發(fā)育中起到重要作用。葡萄中的 GH3酶能夠在ATP存在的條件下催化IAA結(jié)合天冬氨酸，對(duì)于調(diào)節(jié)植物細(xì)胞中生長(zhǎng)素水平具有重要意義。先前研究表明，相較于 NAA（萘乙酸），BTOA（苯氧酸），GH3更傾向于和IAA結(jié)合，但是其選擇性機(jī)理尚不明確。本文在前期研究的基礎(chǔ)上，利用同源模建構(gòu)建了蛋白的“open”（打開）狀態(tài)的結(jié)

3、構(gòu)，然后進(jìn)行分子對(duì)接，最終構(gòu)建了含底物和ATP，只含ATP以及只有蛋白的五個(gè)體系進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬，對(duì)比了底物分子在結(jié)合蛋白前后蛋白的柔性的變化，分析了三個(gè)底物小分子與結(jié)合口袋周圍殘基的作用情況并用MM-GB/PBSA（分子力學(xué)廣義波恩/泊松-玻爾茲曼表面）方法計(jì)算了其結(jié)合能。然后通過分子通道等方法分析了底物分子可能的進(jìn)出蛋白活性位點(diǎn)的通道。通過以上研究充分闡明了 GH3對(duì)三種底物的選擇性機(jī)理，并為進(jìn)一步設(shè)計(jì)新的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑和除草劑提

4、供了理論基礎(chǔ)。
　　抑制劑Jarin對(duì)擬南芥GH3.11酶的抑制機(jī)理的動(dòng)力學(xué)研究
　　茉莉素（Jasmonate，JAs）是一類植物激素，對(duì)于植物的抗蟲抗病，抗機(jī)械傷害以及調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育方面具有重要作用。擬南芥中GH3.11酶可以在ATP的存在下特異性催化茉莉酸JA連接異亮氨酸Ile生成JA-Ile，JA-Ile復(fù)合物的形成是茉莉酸響應(yīng)基因表達(dá)的重要環(huán)節(jié)，與植物應(yīng)對(duì)外來脅迫機(jī)械傷害等逆境反應(yīng)息息相關(guān)。Meeters等人通過

5、化學(xué)篩選方法，發(fā)現(xiàn)了GH3.11酶的抑制劑Jarin，并通過酶動(dòng)力學(xué)確定該類抑制劑對(duì)于ATP為反競(jìng)爭(zhēng)抑制劑，對(duì)JA為競(jìng)爭(zhēng)反競(jìng)爭(zhēng)混合抑制劑。因此我們通過分子對(duì)接將三個(gè)抑制劑分子對(duì)接到蛋白中，并通過動(dòng)力學(xué)模擬以及結(jié)合自由能計(jì)算確定了抑制劑的最佳結(jié)合模式。
　　擬南芥中肌動(dòng)蛋白解聚因子與肌動(dòng)蛋白的結(jié)合機(jī)理
　　肌動(dòng)蛋白actin是高度保守蛋白，肌動(dòng)蛋白有兩種存在形式：?jiǎn)误w肌動(dòng)蛋白(G-actin)和微絲肌動(dòng)蛋白(F-actin)。

6、解聚因子ADF/cofilin可與G-actin和F-actin結(jié)合，通過調(diào)節(jié)單體和微絲結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換速率從而在維持細(xì)胞功能中起到重要作用。本文旨在分子水平上探究擬南芥中突變前后的 ADF1與 G-actin結(jié)合機(jī)理。首先，通過同源模建方法構(gòu)建ADF1-actin復(fù)合物體系并進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模擬，平衡后分析構(gòu)建的四個(gè)體系的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)突變后的ADF1與Actin的結(jié)合模式發(fā)生了變化。隨后通過MM-GB/PBSA對(duì)ADF1突變前后的復(fù)合物體系進(jìn)