細胞內二級信使及相關磷酸二酯水解機理的理論研究.pdf

1、該文運用理論化學方法研究了細胞內二級信使一腺苷3',5'-磷酸單酯(cAMP)及相關磷酸二酯的非酶水解和酶催化水解.第一章中我們運用第一原理電子結構計算方法研究了cAMP及相關的磷酸二酯-三甲基磷酸酯(TMP)的競爭水解反應途徑,并預測了各水解途徑相應的反應自由能能壘.反應坐標計算表明存在三條基本水解反應途徑:(A)氫氧根離子進攻磷酸酯陰離子的磷原子(屬于S<,N>2反應機理,反應過程中無五配位磷酸酯中間體生成);(B)水分子直接進攻磷

2、酸酯陰離子的磷原子(屬于三步歷程);(C)水分子直接進攻磷酸酯中性分子的磷原子(屬于兩步歷程).第二章中主要應用量子化學從頭計算方法研究了四種磷酸二酯-二甲基磷酸酯(DMp),乙撐磷酸酯(EP),TMP陰離子及cAMP的模型化合物(cAMPm)的堿性水解反應途徑,并估算了各個反應的能壘和自由能能壘.反應坐標計算表明所有這些磷酸酯的堿性水解均遵循一步歷程雙分子反應機理,磷酸酯的水解由氫氧根對酯上的磷原子的親核進攻開始.氣相計算結果表明,D

3、MP,EP和TMP的堿性水解反應的能壘高度非常接近,EP分子中環(huán)張力的影響表現不明顯.隨后,我們用五種不同的自洽反應場(SCRF)方法計算了這四種酯在水溶液中的堿性水解反應能壘和自由能能壘,并將計算結果與現有的實驗數據進行比較.第三章主要應用分子對接和第一原理的電子結構方法研究cAMP的酶模型催化水解.為了獲得較好的底物-受體反應前絡合物的初始構型,我們使用對cAMP專一的磷酸二酯酶PDE4B2B活性區(qū)和底物分子cAMP的晶體結構(ht

4、tp:∥www.rcsb.org/pdb/),然后分別用AutoDock和FlexX程序將cAMP分子對接到PDE酶的活性中心.兩種程序的計算結果一致認為底物與酶模型結合的最佳方式是cAMP分子的磷酰氧占據活性中心鎂離子的六配位八面體結構中的一個錐頂位置.為了進一步用量子化學從頭算方法研究底物與受體的作用機理,酶晶體活性區(qū)的結構被簡化為包含兩個二價金屬陽離子(Zn<'2+>和Mg<'2+>離子)的配位化合物模型結構,cAMP則被簡化為T