运用DOX方法计算预测稻瘟菌3HNRase和人体肝脏FBPase的抑制剂的结合构象

摘要

准确获得生物大分子-配体结合构象是理论研究生物大分子中配体分子基态和激发态性质的首要条件，在基于受体结构的药物设计（RBDD）中尤为重要。分子对接是RBDD中最常用的一种技术，它可以快速预测配体在蛋白受体结合位点中的结合模式以及结合能力的强弱。然而受其计算原理所限，在预测的准确度上面尚存在不足。近几年来，由于量子力学方法在预测药物蛋白结合能的高精准度，被广泛应用于药物设计，尤其是基于第一性原理的密度泛函方法。生物体系计算中，密度泛函方法在提高计算精确度的同时，也面临着高计算量这个巨大的挑战。1976年，Arich Warshel和Michael Levitt提出QM/MM方法，可以很有效地解决了这个问题。1996年Keiji Morokuma提出的ONIOM分层方法是一种很受欢迎的QM/MM方法。对于生物体系，ONIOM分层方法虽然有效地提高了精确度，也在一定程度上减少计算量，但仍受限于活性位点的大小。2010年，徐听老师课题组基于ONIOM方法的外推形式和分子碎片法中的容斥原理，提出了扩展的ONIOM分层方法-XO方法。该方法可以有效增加QM区域的计算精确度，同时减小计算量。
　　因此，本课题组发展了融合分子对接、ONIOM分层方法、半经验计算化学软件MOPAC，基于高精度量子力学计算和extended ONIOM(XO)复合计算的、能够准确获得抑制剂和底物等配体分子结合构象几何构型参数的二代DOX计算策略和方法。本文中，我应用DOX方法计算预测了稻瘟菌的三羟基萘还原酶（简称3HNRase）与其4个抑制剂的结合构象，验证了DOX方法的准确性和可行性。同时，计算得到了人体肝脏果糖-1，6-二磷酸酶(Hu-FBPase)的2个位点（底物位点和变构位点）与本组合成的HS系列药物分子的结合构象，为进一步修饰改造设计并合成新的药物分子提供新思路。主要进行了以下工作:
　　1、基于晶体结构中小分子构象进行第一代DOX测试(Redocking)。针对3HNRase的4个晶体复合物(1DOH、1YBV、1G0N、1G0O)进行计算。
　　2、基于Confort方法构建对接分子起始构象进行第一代和第二代DOX测试(Practical docking)。在第一代DOX测试中，对三羟基萘酚还原酶1DOH、1YBV、1G0N、1G0O4个晶体结构进行计算并进行了两个层次的测试:对接回原蛋白以及对接到同一蛋白，这样的测试更加严格和现实。
　　3、应用第一代DOX方法计算并预测本组合成的HS29、HS45和HS16系列化合物在人体肝脏果糖-1，6-二磷酸酶(Hu-FBPase)的2个位点（底物位点和变构位点）结合构象，为进一步改造设计新型抑制剂以及探索作用机理奠定基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 预测药物蛋白结合模式的研究意义

1．2 预测药物蛋白结合模式的进展

1．2．1 分子对接计算

1．2．2 QM／MM方法

1．3 DOX方法

1．3．1 第一代DOX方法

1．3．2 第二代DOX方法

1．4 本文的立题依据和目标

第二章 第一代DOX方法在稻瘟菌3HNR体系上的应用

2．1 针对稻瘟菌3HNRase的DOX研究

2．1．1 稻瘟菌3HNRase的简要介绍

2．1．2 DOX方法的研究思路

2．2 基于晶体中小分子构象进行DOX研究

2．2．1 分子对接步骤

2．2．2 ONIOM计算

2．2．3 扩展的ONIOM(XO)计算结果

2．3 基于Confort方法对接回原蛋白DOX测试

2．3．1 分子对接

2．3．2 ONIOM计算结果

2．3．3 扩展的ONIOM(XO)计算结果

2．4 基于Confort方法对接到相同蛋白DOX测试

2．4．1 对接步骤

2．4．2 ONIOM计算结果

2．4．3 扩展的ONIOM(XO)计算结果

2．5 本章小结

第三章 第二代DOX方法在稻瘟菌3HNRase体系上的测试

3．1 基于Confort方法对接到原蛋白DOX测试

3．1．1 分子对接步骤

3．2．2 MOPAC计算

3．2．3 扩展的ONIOM(XO)计算方法

3．2 本章小结

第四章 DOX方法在Hu-FBPase上的应用

4．1．1 Hu-FBPase的作用机制

4．1．2 果糖-1，6-二磷酸酶重要的生理功能

4．2 DOX方法预测结合模式

4．2．1 第一代DOX方法的步骤

4．2．2 底物位点的计算结果

4．2．3 变构位点的计算结果

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

致谢