疟疾(Malaria)是一种传染性极强的虫媒传染病,威胁着全球近一半的人口。目前世界范围内最有效的疟疾治疗策略是以青蒿素为基础的联合疗法(artemisinin-based combination therapy,ACT),但随着疟原虫对青蒿素产生耐药性,治疗效果不断下降。据近几年世界卫生组织(world health organization,WHO)的疟疾年报数据,从2015年后,全球疟疾感染人数呈现反弹趋势,耐药性的扩散凸显了寻找新型抗疟分子的必要性。最近的研究发现了恶性疟原虫线粒体电子传递链(electron transport chain,ETC)中的两个重要新靶点——恶性疟原虫泛醌氧化还原酶(NADH-ubiquinone oxidoreductase of Plasmodium falciparum,PfNDH2)和恶性疟原虫二氢旋转酸脱氢酶(plasmodium falciparum dihydroorotate dehydrogenase,PfDHODH),针对上述靶点进行新型药物设计有望进一步改善当前抗疟药物的普遍耐药性问题,因此,本轮文采用多种分子模拟方法研究抑制剂作用于新靶点的抑制机制及构效关系对抗疟新药的开发具有重要意义。在论文第一部分,通过比较分子动力学(molecular dynamics,MD)模拟,构象聚类、主成分分析和自由能曲面分析,探讨辅因子结合对PfNDH2整体运动的影响,分析了PfNDH2与抑制剂RYL-552结合前后的分子相互作用、关键残基和重要氢键。结果表明,RYL-552的结合使PfNDH2的分子内氢键减弱,变构作用增大。代表整体全局运动的NADH和FAD口袋中关键残基角度变化与代表电子转移效率的NADH-C4与FADN5之间距离变化呈显著正相关。最后,提出了RYL-552可能的非竞争性变构抑制机理:RYL-552与PfNDH2的结合显著影响了蛋白质整体运动模式,口袋的协同运动导致NADH与FAD之间的距离增大,降低了ETC的电子传递效率,最终导致恶性疟原虫因供能不足而死亡。在论文第二部分,通过生物信息学研究,分析了抑制剂在PfDHODH和人二氢乳清酸脱氢酶(human dihydroorotate dehydrogenase,hDHODH)间产生特异性的原因。结果表明,生物进化导致二氢乳清酸脱氢酶活性位点周围氨基酸残基发生改变,PfDHODH和hDHODH中活性口袋处蛋白构象及亲疏水性发生变化,倾向结合不同类型的官能团。随后,对最有效的PfDHODH抑制剂——三唑并嘧啶类(Triazolopyrimidine)化合物进行3D-QSAR研究,建立了具有较高稳定性和优良预测能力的CoMFA和CoMSIA模型。基于两个模型得到的立体场、静电场、疏水场、氢键供体与受体场等势图,在R1取代基处引入疏水性和含有更多氢键受体的基团,以及在R3取代基处引入适当的亲水性基团均可有效地增加PfDHODH三唑并嘧啶类抑制剂的活性。