细胞色素蛋白CYP450家族特殊代谢现象的探索

摘要

细胞色素蛋白CYP450超家族是一类含血红素单加氧酶，该家族成员蛋白虽然一级序列存在或多或少的差异，但都呈现出共同的结构特征。特别地，CYP450超家族中某些亚型在人体内源性或外源性物质的代谢过程中发挥了关键性作用。
　　在CYP450超家族中，CYP3A4蛋白是一类活性口袋较大的亚型，在代谢过程经常会同时容纳多个底物。这些底物（以酮康唑为例）之间的相互作用会对代谢过程产生一定的影响，因此呈现出特殊的代谢动力学，但是其背后机制还有待揭示。
　　CYP2J2是CYP450超家族中另一个重要亚型，在人体脂肪酸代谢中发挥重要作用。在心血管系统中，CYP2J2能以花生四烯酸（Arachidonic acid）为主要底物，催化产生氧化二十碳三烯酸（EETs）。该产物能够保护内皮细胞，避免缺氧或缺血性损伤，因此与冠状动脉疾病及高血压的发病机制密切相关。研究发现，一些CYP2J2的突变型（T143A和N404Y）显著降低催化上述反应的酶活性，但是具体机理还不明确。因此阐明其机制对于冠状动脉疾病及高血压等问题的认识与解决十分关键。
　　在本论文中，我们通过分子动力学模拟的分析方法，对上述两大问题进行了分别探索。对于CYP3A4催化酮康唑代谢过程分析后，我们发现两个底物分子及CYP450蛋白之间的pi-pi叠合作用使得第一底物的结合更加稳定，加速了催化反应的进行。对于CYP2J2，基于构建野生型及两种突变型的计算结构，我们分析发现T143A突变引起了水通道的关闭，阻碍了反应过程的进行；而N404Y突变中侧链空间效应引起侧链重构，破坏原有的氢键作用，降低了蛋白对于底物花生四烯酸的亲和性与识别能力。这些结果为解释上述两大问题提供了深入的机制解释，也为后续研究奠定了基础。

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第一章 绪论

1.1 CYP3A4与非典型

1.2 CYP2J2突变及代谢

1.3分子动力学方法与AMBER

第二章材料与方法

2.1研究思路

2.2材料与软件

2.3素材准备及预处理

2.4产生MD文件

2.5分子动力学模拟

2.6结合自由能量分析

第三章 结果Ⅰ

3.1轨迹文件初始分析

3.2普通结合与协同结合模式中的相互作用

3.3结合自由能分析

3.4紧密接触分析

3.5协同结合模式中的pi-pi叠合作用

3.6结论

第四章 结果Ⅱ

4.1 CYP2J2的三维结构

4.2建模计算模型的验证

4.3花生四烯酸结合模式与作用

4.4 T143A突变引发的酶功能异常

4.5 N404Y突变引起的酶功能异常

4.6结论

第五章 结束语

5.1主要工作与创新点

5.2后续研究工作

参考文献

附录1

附录2

附录3

附录4

附录5

附录6

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文