目的:细胞色素酶P450(Cytochrome P450,CYP)作为一种非常重要的催化剂在人体代谢过程中占据极为重要的地位,它能够参与包括羟基化反应在内的多种代谢过程,是药物药代动力学和反应变异性的主要来源。人类中的CYP酶依据序列的相似性分类。细胞色素酶P450 4(Cytochrome P450,CYP 4)家族是人类第二大CYP家族,除CYP 4F8、CYP 4F12、CYP 4X1和CYP 4Z1外,大多数CYP 4酶都是ω-羟化酶。CYP 4Z1是CYP4家族的一个新成员,是目前研究甚少的“孤儿”细胞色素酶之一,它的过表达会促进乳腺癌的发生,并且与某些癌症的治疗及预后不良有关,是癌症治疗的潜在药物靶标。月桂酸在各种癌症的治疗和术后康复的调节中起着重要作用。据报道,月桂酸的链内羟基化由细胞色素CYP 4Z1催化,但其催化机理尚不清楚。本文通过理论计算探究CYP4Z1催化月桂酸的区域选择性特征,为研究其他CYP 4酶家族的催化机理提供理论指导。方法:首先使用量化计算方法确定月桂酸末端七个潜在催化位点的夺氢能垒,确定反应物与过渡态的结构,通过添加色散校正计算确定弱相互作用的影响。使用同源建模构建确定人类CYP 4Z1的三维模型并对其进行优化,使用Saves程序对优化后的模型进行打分以确定是否适合接下的计算。确定建模的最优模型后进行分子对接,以确定月桂酸与野生型CYP 4Z1的最佳结合构象。通过设置F313A突变体的存在探究突变对分子对接结果的影响并确定月桂酸与突变型CYP 4Z1的最佳结合构象。随后对比二者产生相互作用关键氨基酸。对比二者的最佳结合构象。设置含有F313A突变体系的四个经典分子动力学模拟体系,通过长达400 ns的模拟探究CYP 4Z1催化月桂酸的动态过程。使用增强采样模拟研究芳香族氨基酸在稳定底物过程中的作用,寻找CYP 4Z1催化月桂酸的最佳通路。最后使用ONIOM计算方法比较不同位点CYP 4Z1-月桂酸复合物结构的自由能。结果和结论:基于血红素和月桂酸模型的量化计算表明,潜在的羟基化位点的夺氢能垒范围为56.2至85.1 k J/mol,其中ω-4位点的能垒最低。分子对接的结果表明活性位点附近的Ser383,Ser113,Arg487通过与月桂酸形成氢键维持月桂酸在活性位点的稳定性。分子动力学模拟结果表明,血红素平面与π-π相互作用形成的共同相互作用促使ω-4位点更靠近活性氧,这与实验观察结果是一致的。当参与形成π-π相互作用的Phe313突变为Ala313后,对催化选择性的影响消失。结合自由能分析表明,CYP 4Z1活性位点周围的芳香族氨基酸和极性氨基酸对催化选择性起着重要作用。基于野生型和突变型体系的二级结构分析和主成分分析的结果显示催化过程中活性位点附近的Phe313的存在会促使远离活性位点的结构发生改变以适应催化体系能量的变化。通道分析表明芳香族氨基酸的门控作用。增强采样模拟探究Phe313和Trp120如何影响复合物体系的能量,确定CYP 4Z1催化月桂酸ω-4位点的可行性通路。ONIOM计算方法计算确定催化ω-4位点的复合物体系自由能要小于催化ω位点体系的自由能。