蛋白質和配體相互作用研究以及小肽抑制劑設計方法初探.pdf

1、本論文主要是報導通過蛋白質全電子結構計算研究蛋白質和配體相互作用規(guī)律，以及應用統(tǒng)計理論建立數(shù)學模型輔助設計小肽抑制劑兩方面的研究結果。
　　 研究蛋白質和配體相互作用的規(guī)律，對于藥物設計有很重要的應用價值。然而，至今沒有能夠從電子結構的水平上去解釋蛋白質和配體相互作用的分子機理。因此，結合了蛋白質全電子結構計算，表面疏水口袋計算和微擾理論研究蛋白質和配體相互作用，并發(fā)現(xiàn)了兩條規(guī)則。規(guī)則一，蛋白質和配體的相互作用只發(fā)生在蛋白質的最

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，而不是在蛋白質的HOMO和配體的LUMO之間。規(guī)則二，那些既在蛋白質的LUMO上又在蛋白質表面某一個口袋里的殘基或原子，就是蛋白質的活性殘基或活性原子，對應的口袋就是蛋白質的活性口袋。這兩條規(guī)則主要源自于蛋白質能級結構的特征，能為藥物設計提供本質性的指導。這兩條規(guī)則在蛋白質親環(huán)蛋白A(CypA)和配體環(huán)孢素A(CsA)，以及FK506結合蛋白(FKBP12)和配體FK

3、506之間得到很好的驗證。此外，還通過結合蛋白質全電子結構計算和分子動力學研究FKBP12和配體FK506的生物活性和溫度關系。結果表明，蛋白質FKBP12在室溫(302K)時活性最強，這是因為此溫度下其能隙最小。用我們的方法確定的蛋白質FKBP12的活性殘基和活性原子與實驗結果符合得很好。還發(fā)現(xiàn)蛋白質的活性殘基在分子動力學模擬過程中均方根位移較小，這表明蛋白質的活性區(qū)域比較穩(wěn)定。
　　 基于肽類的藥物設計近年來已逐漸成為研究的

4、熱點。本論文中，提出了兩種用于小肽抑制劑的設計和篩選的方法：數(shù)學模型篩選法和理性數(shù)據(jù)庫篩選法。數(shù)學模型篩選法，結合了蛋白質和配體相互作用的兩條規(guī)則，MJ矩陣和隱馬可夫模型，是一個適合于大規(guī)模的小肽抑制劑篩選的數(shù)學模型。利用數(shù)學模型篩選法為蛋白質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，主要是通過理性的設計一個小規(guī)模的小肽數(shù)據(jù)庫用于精確篩選。設計了一個含有40個小肽的數(shù)據(jù)

5、庫，然后用理性數(shù)據(jù)庫篩選法為蛋白質CypA篩選了小肽抑制劑Trp-Gly-Pro(TGF)。進一步的生物實驗表明該方法篩選出來的小肽抑制劑是有很強的抑制效果的。蛋白質酶活性測試實驗表明，小肽抑制劑AGP和TGP對于蛋白質CypA都有較強的抑制作用，特別是TGP的抑制常數(shù)可以達到納摩(nM)量級，與陽性對照CsA在同一個水平。此外，蛋白質和配體結合力測試實驗也表明篩選出來的小肽抑制劑的結合常數(shù)為微摩量級，與陽性對照CsA也在同一量級上。實