蛋白質(zhì)和配體相互作用研究以及小肽抑制劑設(shè)計(jì)方法初探.pdf

1、本論文主要是報(bào)導(dǎo)通過(guò)蛋白質(zhì)全電子結(jié)構(gòu)計(jì)算研究蛋白質(zhì)和配體相互作用規(guī)律，以及應(yīng)用統(tǒng)計(jì)理論建立數(shù)學(xué)模型輔助設(shè)計(jì)小肽抑制劑兩方面的研究結(jié)果。
　　 研究蛋白質(zhì)和配體相互作用的規(guī)律，對(duì)于藥物設(shè)計(jì)有很重要的應(yīng)用價(jià)值。然而，至今沒(méi)有能夠從電子結(jié)構(gòu)的水平上去解釋蛋白質(zhì)和配體相互作用的分子機(jī)理。因此，結(jié)合了蛋白質(zhì)全電子結(jié)構(gòu)計(jì)算，表面疏水口袋計(jì)算和微擾理論研究蛋白質(zhì)和配體相互作用，并發(fā)現(xiàn)了兩條規(guī)則。規(guī)則一，蛋白質(zhì)和配體的相互作用只發(fā)生在蛋白質(zhì)的最

2、低未占據(jù)分子軌道(LUMO)和配體的最高占據(jù)分子軌道(HOMO)之間，而不是在蛋白質(zhì)的HOMO和配體的LUMO之間。規(guī)則二，那些既在蛋白質(zhì)的LUMO上又在蛋白質(zhì)表面某一個(gè)口袋里的殘基或原子，就是蛋白質(zhì)的活性殘基或活性原子，對(duì)應(yīng)的口袋就是蛋白質(zhì)的活性口袋。這兩條規(guī)則主要源自于蛋白質(zhì)能級(jí)結(jié)構(gòu)的特征，能為藥物設(shè)計(jì)提供本質(zhì)性的指導(dǎo)。這兩條規(guī)則在蛋白質(zhì)親環(huán)蛋白A(CypA)和配體環(huán)孢素A(CsA)，以及FK506結(jié)合蛋白(FKBP12)和配體FK

3、506之間得到很好的驗(yàn)證。此外，還通過(guò)結(jié)合蛋白質(zhì)全電子結(jié)構(gòu)計(jì)算和分子動(dòng)力學(xué)研究FKBP12和配體FK506的生物活性和溫度關(guān)系。結(jié)果表明，蛋白質(zhì)FKBP12在室溫(302K)時(shí)活性最強(qiáng)，這是因?yàn)榇藴囟认缕淠芟蹲钚?。用我們的方法確定的蛋白質(zhì)FKBP12的活性殘基和活性原子與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得很好。還發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的活性殘基在分子動(dòng)力學(xué)模擬過(guò)程中均方根位移較小，這表明蛋白質(zhì)的活性區(qū)域比較穩(wěn)定。
　　 基于肽類的藥物設(shè)計(jì)近年來(lái)已逐漸成為研究的

4、熱點(diǎn)。本論文中，提出了兩種用于小肽抑制劑的設(shè)計(jì)和篩選的方法：數(shù)學(xué)模型篩選法和理性數(shù)據(jù)庫(kù)篩選法。數(shù)學(xué)模型篩選法，結(jié)合了蛋白質(zhì)和配體相互作用的兩條規(guī)則，MJ矩陣和隱馬可夫模型，是一個(gè)適合于大規(guī)模的小肽抑制劑篩選的數(shù)學(xué)模型。利用數(shù)學(xué)模型篩選法為蛋白質(zhì)CypA和FKBP12分別篩選了小肽抑制劑Ala-Gly-Pro(AGP)和Gly-Gln。而理性數(shù)據(jù)篩選法，主要是通過(guò)理性的設(shè)計(jì)一個(gè)小規(guī)模的小肽數(shù)據(jù)庫(kù)用于精確篩選。設(shè)計(jì)了一個(gè)含有40個(gè)小肽的數(shù)據(jù)

5、庫(kù)，然后用理性數(shù)據(jù)庫(kù)篩選法為蛋白質(zhì)CypA篩選了小肽抑制劑Trp-Gly-Pro(TGF)。進(jìn)一步的生物實(shí)驗(yàn)表明該方法篩選出來(lái)的小肽抑制劑是有很強(qiáng)的抑制效果的。蛋白質(zhì)酶活性測(cè)試實(shí)驗(yàn)表明，小肽抑制劑AGP和TGP對(duì)于蛋白質(zhì)CypA都有較強(qiáng)的抑制作用，特別是TGP的抑制常數(shù)可以達(dá)到納摩(nM)量級(jí)，與陽(yáng)性對(duì)照CsA在同一個(gè)水平。此外，蛋白質(zhì)和配體結(jié)合力測(cè)試實(shí)驗(yàn)也表明篩選出來(lái)的小肽抑制劑的結(jié)合常數(shù)為微摩量級(jí)，與陽(yáng)性對(duì)照CsA也在同一量級(jí)上。實(shí)