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蛋白质是生物体的重要组成部分,在各种生命活动过程中起着不可替代的作用,而蛋白质和配体的相互作用和识别是蛋白质发挥其生物功能的重要途径。因此研究蛋白与配体的相互作用机制对于理解生物体调控机制至关重要。此外,蛋白质与配体作用机制的研究也为基于结构的新药研发提供必要的理论基础。
由于采用实验方法测定蛋白质复合物结构目前存在诸多限制,近年来,随着计算机处理能力的不断增强以及理论模拟方法的迅速发展和广泛使用,分子动力学模拟、分子对接和自由能计算等分子模拟方法已经成为研究蛋白质受体与其配体相互作用机制及其动态过程的重要手段,分子模拟方法正越来越多地被用于蛋白质结合和功能关系、蛋白质与配体的相互识别以及药物设计的研究工作中。
本文的工作内容主要分为以下两部分:
1.HIV-1gp120蛋白结合BMS-488043的结构和动力学探索
在本文中,使用分子对接和分子动力学模拟结合的方法研究了BMS-488043和gp120的结合模型。基于动力学模型研究结果,如结合模型在动力学过程中的变化以及结合自由能计算结果等,得到了一种较为合理的结合模型,随后利用MM/GBSA方法对结合自由能进行分解,详细研究了小分子周围残基与小分子的作用,以理解生物实验上的突变试验,如残基Trp427,Ser375和Thr257。特别是阐述了由残基Ile371和Gly472组成的疏水口袋在结合小分子BMS-488043时的重要性,这在以前的研究中很少提到。此外,我们研究了小分子BMS-488043结合gp120时的动力学,结果表明在没有受体结合状态下的gp120单体和BMS-gp120复合物结构中,Phe43口袋出口的体积比CD4-gp120中的要大,且BMS相对对接的结果更加深入Phe43口袋。
2.Lassa核蛋白和小分子dTTP、m7GpppG复合物的结合模型研究
在本文的研究中,利用分子动力学模拟,分别使用ff03和ff99SB两种分子力场研究了dTTP在结合完整NP蛋白和只有NP蛋白的N端部分(切割模型)时的特征。计算结果表明切割模型取代完整NP蛋白进行MD模拟是合理的,且更加高效,ff99SB结合GAFF力场更加适合小分子-NP复合物结构的采样。从分子动力学过程中小分子dTTP和UTP分别结合NP时形成氢键的稳定性的对比结果来看,残基Thr178和Arg323与小分子第二个磷酸根形成的氢键最为稳定,它们在NP的N端结合cap结构类似物时起到非常重要的作用。此外,利用分子对接和分子动力学模拟结合的方法预测了cap结构m7GpppG与NP的结合模型;并使用MM/GBSA自由能分解和氢键分析方法对预测模型中蛋白与配体间相互作用进行了详细研究。