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蛋白质与底物小分子的相互作用、结构预测与结合自由能计算

蛋白质与底物小分子的相互作用、结构预测与结合自由能计算

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作者：宋伟北京工业大学

学位级别：硕士

分子识别是分子间专一性的结合过程，抗体与抗原、受体与配体、酶与底物是人们所熟悉的生物体内的分子识别的三个模型。这些识别过程具有高度的专一性，体现出某种“智能化”的特点。研究生物体内的分子识别过程，已成为国际学术界异常... 详细信息

分子识别是分子间专一性的结合过程，抗体与抗原、受体与配体、酶与底物是人们所熟悉的生物体内的分子识别的三个模型。这些识别过程具有高度的专一性，体现出某种“智能化”的特点。研究生物体内的分子识别过程，已成为国际学术界异常活跃的研究热点，具有重要的理论意义和应用价值。分子识别机制的研究方法有实验方法和计算机模拟方法两大类。其中计算机模拟方法是研究分子识别机制及其动态过程的重要途径，包括底物及受体分子模型的构建、底物及受体相互作用位点的确定、相互作用力的计算、底物及受体分子的对接及其动态过程的研究、体系热力学及动力学性质的计算等方面内容。常用的理论计算方法包括量子化学、分子力学、分子动力学、蒙特卡洛方法及自由能计算方法等。本文主要围绕自由能计算方法和分子对接方法来研究蛋白质与底物或抑制剂的相互作用和识别，具体可分为以下三个方面： (1)引入一种特殊的约束势，称为体约束或分子钳，用于计算配体与受体结合过程中因配体平动、转动自由度的丧失所带来的自由能变化。将这种体约束的方法应用于苯甲脒与胰蛋白酶双突变体(D189G／G226D)绝对结合自由能过程的计算。计算所得绝对结合自由能(-3.7 kcal·mol-1)与实验结果 (-2.5kcal·mol-1)相接近。 (2)运用热力学积分方法和分子转换方法，计算了99mTc-N2S2类药物的相对水化自由能，计算结果表明此类药物相对水化自由能可以用作评价其脑吸收值特性的判据，可预测位点突变带来的对脑吸收值的影响，指导药物设计。 (3)运用分子对接方法对HIV-1整合酶与其抑制剂金精三羧酸的结合过程进行了研究和预测。含有Mg2+离子的情况下比不含Mg2+离子的体系之间的自北京工业大学工学硕士论文一由能之差为一5 kCal／m＊，结果说明结合位点处的 Mg‘”离子对稳定配体与受体的结合起了重要作用。

关键词：分子识别自由能计算热力学积分方法分子转换法分子对接

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