海藻糖抑制淀粉质多肽42构象转变的分子动力学模拟

应用分子动力学模拟方法研究了海藻糖抑制淀粉质多肽42(Aβ42)构象转变的分子机理.结果表明,海藻糖溶液浓度对Aβ42构象转变具有非常重要的影响.在水和低浓度海藻糖溶液(0.18mol·L-1)中,Aβ42可由初始的α-螺旋结构转变成β-折叠的二级结构;但海藻糖浓度为0.37mol·L-1时即可有效抑制Aβ42的构象转变.这是因为海藻糖利用其优先排阻作用使水分子在多肽周围0.2nm内富集,而其自身却在距离多肽0.4nm的位置附近团聚.另外,海藻糖还可通过降低多肽间的疏水相互作用,减少多肽分子内远距离的接触,有效抑制多肽的疏水塌缩和构象转变.上述分子模拟的结果对于进一步合理设计阿尔茨海默病的高效抑制剂具有非常重要的理论指导意义.     

硫黄素T对淀粉样β-蛋白质40聚集成核动力学的双重影响

荧光染料硫黄素T常用于淀粉样纤维聚集过程的定性定量检测。虽然有研究表明,某些抑制淀粉样蛋白质聚集的小分子抑制剂会与硫黄素T相互作用,影响其测试结果。但硫黄素T如何影响淀粉样蛋白质的聚集成核动力学尚不清晰。本文以淀粉样β-蛋白质40 (Aβ40)为模型,系统研究了硫黄素T对Aβ40聚集成核的影响。研究发现：硫黄素T能够显著改变Aβ40的聚集成核动力学,且影响程度与硫黄素T的浓度密切相关。即在低浓度硫黄素T存在下,Aβ40成核速率的延迟时间先随着硫黄素T浓度的升高而缩短,后随着硫黄素T浓度的升高延迟时间反而延长。但延伸的速率却随硫黄素T浓度的升高而缓慢增大。另外,硫黄素T基本不会影响Aβ40的二级结构和纤维形态。同时,等温滴定微量热实验结果表明,硫黄素T结合Aβ40之间的主要作用力为疏水相互作用。据此,本研究提出硫黄素T对Aβ40聚集成核动力学的双重影响机理。这些结果有助于进一步了解硫黄素T与淀粉样蛋白质的作用特点,为今后硫黄素T在Aβ40聚集成核动力学实验中的使用提供参考。     

Y220C突变体影响p53C蛋白质构象转换的分子动力学模拟

p53是迄今发现突变频率最高的一种肿瘤抑制蛋白质,突变会导致p53抑癌功能丧失并诱导癌症的发生。绝大多数的突变发生在p53的核心DNA结合区域（p53C）,其中Y220C是研究较多的一种突变体。虽然已有研究表明该突变能够降低p53C的结构稳定性,但其影响p53C构象转换的分子机制尚不清晰。本文利用分子动力学（MD）模拟方法研究了p53C突变体Y220C（p53C-Y220C）的结构变化,发现Y220C突变主要影响Y220C cluster区域（包括残基138-164和215-238）,且Y220C突变减少了Y220C cluster的β-折叠含量。进一步分析发现,Y220C突变不仅直接破坏突变氨基酸与周围氨基酸Leu145和Thr155之间的氢键,而且降低了Y220C cluster区域的折叠片S3和S8之间的氢键数量,使Y220C突变所形成的亲水性空腔变大,加速了水分子进入该蛋白质内部,并最终导致了p53C-Y220C变性。MD模拟结果揭示了Y220C突变影响p53C结构转换的分子机制,该研究对p53C-Y220C突变体高效稳定剂的筛选和设计具有重要意义。     

胰蛋白酶定向固定化亲和配基的理性设计

在胰蛋白酶三维(3D)结构的基础上, 首先利用分子对接从ZINC 数据库中筛选获得了与胰蛋白酶具有较高亲和性的小分子配基2-硝基苯基-β-D-葡糖苷, 并分析了该配基与蛋白质之间的相互作用力主要为范德华和氢键相互作用. 并利用分子动力学模拟进一步验证了2-硝基苯基-β-D-葡糖苷与胰蛋白酶之间具有较强的亲和作用. 分子动力学(MD)模拟结果表明, 配基-目标蛋白质之间形成稳定的复合物且它们之间的距离基本没有变化. 此外, 一个水分子通过氢键在配基和目标蛋白质的结合腔之间架桥. 最后制备了偶联有该配基的亲和载体, 进行了胰蛋白酶的定向固定化, 并考察了该固定化酶的活性. 研究结果表明, 利用修饰2-硝基苯基-β-D-葡糖苷配基的亲和载体固定化胰蛋白酶的酶活达到340.8 U·g^-1, 比活达到300.3 U·mg^-1, 分别是未修饰亲和配基载体的10倍和5倍, 具有明显的优势. 上述结论证明了结合分子对接和分子动力学模拟理性设计定向固定化亲和配基的方法是可行的, 具有一定的理论和实用价值.     

多肽抑制剂抑制淀粉质多肽42构象转换的分子动力学模拟和结合自由能计算

应用分子动力学模拟和结合自由能计算方法研究了多肽抑制剂KLVFF、VVIA和LPFFD抑制淀粉质多肽42 (Aβ42)构象转换的分子机理. 结果表明, 三种多肽抑制剂均能够有效抑制Aβ42的二级结构由α-螺旋向β-折叠的构象转换. 另外, 多肽抑制剂降低了Aβ42分子内的疏水相互作用, 减少了多肽分子内远距离的接触, 有效抑制了Aβ42的疏水塌缩, 从而起到稳定其初始构象的作用. 这些抑制剂与Aβ42之间的疏水和静电相互作用(包括氢键)均有利于它们抑制Aβ42的构象转换. 此外, 抑制剂中的带电氨基酸残基可以增强其和Aβ42之间的静电相互作用(包括氢键), 并降低抑制剂之间的聚集, 从而大大增强对Aβ42构象转换的抑制能力. 但脯氨酸的引入会破坏多肽的线性结构, 从而大大降低其与Aβ42 之间的作用力. 上述分子模拟的结果揭示了多肽抑制剂KLVFF、VVIA和LPFFD抑制Aβ42构象转换的分子机理, 对于进一步合理设计Aβ的高效短肽抑制剂具有非常重要的理论指导意义.     

渗透剂的分子体积和极性表面积分率对胰凝乳蛋白酶抑制剂2热稳定性的影响

渗透剂对蛋白质的稳定能力不仅与其极性表面积分率(fpSA)有关,而且也与其分子体积(V)密切相关.因此对于渗透剂稳定蛋白质能力的分析,需要同时考虑渗透剂的fpSA和V.为了考察渗透剂的fpSA和V对稳定蛋白质能力的影响,本文以胰凝乳蛋白酶抑制剂2(CI2)为模型蛋白,首先利用分子动力学模拟,考察了数种典型渗透剂对CI2热稳定性的影响;并根据模拟数据计算得到了渗透剂影响蛋白质热稳定性的一维结构参数;然后利用统计学双参数拟合,同时引入渗透剂的fpSA和V,建立了用于分析渗透剂稳定蛋白质能力的模型;最后利用模型分析了渗透剂的fpSA和V与其稳定蛋白质能力的关系.研究发现:利用分子动力学模拟结果定义并计算得到的一维结构参数能够较好地描述在热变性条件下渗透剂对CI2的稳定能力;所建立的模型能够很好地分析渗透剂对蛋白质的稳定能力;并且由于V和fpSA二次项的引入,可大大提高仅以fpSA为参数的模型的精度;另外,渗透剂对蛋白质的热稳定能力与其V成正比;由于拟合公式中引入了fpSA二次项,在fpSA小于0.7时,fpSA与渗透剂的稳定能力呈现负相关,但当fpSA大于0.7时,其与渗透剂的稳定能力反而呈现正相关.     

p53突变体Y220C小分子稳定剂的虚拟筛选

为了获得p53突变体的稳定剂,依次利用利宾斯基五原则,通过2次分子对接和全原子分子动力学(MD)模拟从Drug Bank 4.0数据库中筛选获得了潜在的稳定剂他克林.利用MD模拟进一步验证他克林和目标蛋白质之间的亲和作用.结果表明,他克林能够紧密结合到Y220C突变所形成的疏水空腔之中;他克林和目标蛋白质之间的主要作用力为疏水和静电相互作用,其中疏水相互作用占主导地位.此外,他克林分别与目标蛋白质的残基Leu145,Val147和Asp228形成3个氢键.基于MD模拟轨迹分析了他克林与p53CY220C的结合过程.由硫黄素T荧光光谱进一步证明他克林能够提高p53C-Y220C突变体的稳定性.     

三磷酸腺苷结合盒式转运体的分子模拟

三磷酸腺苷结合盒式(ATP binding cassete,ABC)转运体是一类与生物体的生理过程和疾病密切相关的膜蛋白,它们利用水解ATP释放的能量实现底物的跨膜转运。虽然研究者已对ABC转运体进行了广泛而深入的研究,但是由于ABC转运体结构的复杂性,导致许多实验技术在ABC转运体的研究中受到较大限制。分子模拟技术可以弥补实验技术的不足,已成为不可或缺的研究工具。本文综述了近年来分子模拟技术同源模建、分子对接和分子动力学模拟在ABC转运体的三维结构模建,底物结合位点确定以及构象转换分子机理的解析等研究领域的最新进展。最后总结了分子模拟技术在ABC转运体研究中所遇到的挑战和拟解决办法。     

海藻糖和氨基酸之间相互作用的分子动力学模拟

虽然海藻糖已经广泛用于蛋白质稳定性研究,但海藻糖稳定蛋白质的作用机理尚不清晰. 本文利用全原子分子动力学模拟研究了20种常见氨基酸和海藻糖之间的分子机理. 结果表明,所有氨基酸,尤其是极性和带电氨基酸,均优先与水分子结合. 相反,仅有疏水性氨基酸与海藻糖发生相互作用,尤其是芳香族和疏水性氨基酸的侧链更易于和海藻糖接触. 所有氨基酸的主链与水分子接触的趋势一致. 虽然氨基酸和海藻糖与水之间均形成氢键,但氨基酸和海藻糖之间的氢键相互作用要弱于氨基酸和水之间的氢键相互作用. 上述分子模拟的结果对于海藻糖稳定蛋白质作用机理的解析及高效蛋白质稳定剂的理性设计具有非常重要的理论指导意义.