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超级细菌耐药机制之一就是产生金属β-内酰胺酶(Metallo-beta lactamase,MβL)来水解抗生素。来自军团菌的FEZ-1酶是MβL中B3亚群的一员,双锌,能水解多种抗生素,其中,对头孢类抗生素的水解活性最强,基于此,本课题选择FEZ-1酶与头孢菌素类抗生素头孢噻吩(Cephalothin,CEF)、头孢噻啶(Cephaloridine,LOR)和头孢他啶(Ceftazidime,CAZ)作为研究对象,采用荧光光谱、分子对接和分子动力学模拟等方法来研究它们在结合过程中FEZ-1酶分子构象的变化以及抗生素分子的空间分布取向等,同时分析抗生素不同侧链对FEZ-1酶结合能力的影响,以期对未来设计更耐水解的抗生素提供参考。本课题主要包括以下四个方面的研究:(1)以基因重组的方法克隆表达了FEZ-1酶,并通过透析法分离纯化,得到纯度较高的FEZ-1酶。经测定,蛋白浓度为6.0×10~-66 mol/L。(2)以荧光猝灭光谱、同步荧光光谱及三维荧光光谱的方法研究了FEZ-1酶与三种头孢类抗生素分子之间的相互作用以及结合过程中FEZ-1酶分子构象的变化。结果表明,三种抗生素与FEZ-1酶的复合物体系均发生明显的荧光猝灭,说明三种头孢类抗生素均能与FEZ-1酶发生相互作用,猝灭类型均为静态猝灭;三种复合物体系中,最大发射峰位置发生不同程度的红移,CEF>LOR>CAZ,表明FEZ-1酶分子的微环境均发生变化,亲水性增加,进而表明FEZ-1酶的构象发生变化。(3)以分子对接和动力学模拟的方法研究了FEZ-1酶与抗生素分子结合过程中FEZ-1酶分子构象的变化。分子对接结果表明,在三个体系中,CEF与FEZ-1酶结合最好,结合能量最低,CAZ难以与FEZ-1形成正确的配位键,结合最弱。动力学模拟结果表明,CEF与FEZ-1体系构象变化最有利于二者结合,LOR与FEZ-1体系次之,而CAZ与FEZ-1几乎不能以合理的方式结合。同时结合模式图结果显示,位于活性口袋处的CAZ分子母环发生明显偏转,羧基氧原子绕到活性口袋外侧,使其不能与FEZ-1酶很好结合,表明CAZ与FEZ-1的结合最不稳定。(4)结合自由能结果表明,CEF和LOR与FEZ-1酶的结合自由能较低,而CAZ与FEZ-1酶结合自由能较高,三个体系均是静电作用力与极性溶剂化能作为主要驱动力;结合自由能分解结果表明,Zn264对体系总的结合自由能贡献最大,且主要通过静电力的形式存在。以上构象变化和能量分析结果均表明,CAZ更难与FEZ-1酶稳定结合,这可能由于CAZ侧链结构较为复杂,进而在酶分子的活性口袋内形成较大的空间位阻,且侧链削弱了抗生素母环上的羧基氧原子与Zn264之间的亲和力,导致酶与抗生素较难稳定结合。