水與生物分子相互作用的動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、本文運(yùn)用密度泛函理論和分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算分別模擬了水與部分氨基酸的相互作用和人類水通道蛋白humanAquaporin-1(hAQP1)與抑制劑分子的相互作用。
　　氨基酸是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元，研究氨基酸與水的相互作用可以模擬蛋白質(zhì)的某些特性，有助于理解蛋白質(zhì)在溶液中的熱力學(xué)行為。本文運(yùn)用密度泛函理論對(duì)絲氨酸、脯氨酸、甘氨酸和丙氨酸等幾種常見(jiàn)氨基酸及其一水合物的中子散射譜進(jìn)行了理論模擬。氫鍵是氨基酸與水分子相互作用的主要形式，本文通

2、過(guò)分析水分子與氨基酸作用前后振動(dòng)譜的變化，以及氫鍵的形成情況，總結(jié)了親水性氨基酸和疏水性氨基酸與水作用的基本規(guī)律。
　　側(cè)鏈對(duì)于氨基酸疏水性的影響非常大，這也使得上述四種氨基酸中丙氨酸的疏水性最強(qiáng)（-CH3側(cè)鏈）而絲氨酸的親水性最強(qiáng)（-CH2OH側(cè)鏈）。當(dāng)水和絲氨酸、脯氨酸作用時(shí)，氨基酸內(nèi)原有的分子間氫鍵總是趨向于斷開(kāi)或削弱，從而與水作用形成更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu);而當(dāng)水和甘氨酸、丙氨酸作用時(shí)，氨基酸總是趨向于加強(qiáng)自身之間的相互作用。通過(guò)對(duì)

3、上述四種氨基酸及其一水合物晶體的振動(dòng)模式的指認(rèn)和比較可知，水通過(guò)兩種方式影響氨基酸分子的振動(dòng)，一種是與氨基酸形成分子間氫鍵，另一種是改變氨基酸的分子結(jié)構(gòu)，這均會(huì)使得一些定域振動(dòng)能量升高或降低。另外，計(jì)算表明，在絲氨酸的一水合物中水分子可能有兩種結(jié)合位置，一種是水分子的氧原子結(jié)合在絲氨酸羥基端（能量較高），一種是其氧原子結(jié)合在絲氨酸氨基端（能量較低）。由于兩種結(jié)構(gòu)之間存在勢(shì)壘，所以羥基結(jié)合形式作為一個(gè)亞穩(wěn)態(tài)能夠存在。隨著水合程度的加深，絲

4、氨酸發(fā)生結(jié)構(gòu)形變，勢(shì)壘打破，水分子會(huì)越來(lái)越多地結(jié)合到氨基端。
　　hAQP1能夠促進(jìn)水分子進(jìn)出細(xì)胞，是人體中一種重要的蛋白質(zhì)。研究表明對(duì)AQP1活性的藥理性調(diào)控可能為青光眼、腦水腫及腫瘤等提供一些新的治療方案。抑制劑是一種藥物小分子，其通過(guò)與hAQP1的穩(wěn)定結(jié)合可以阻止或減緩水通過(guò)hAQP1。本文通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算模擬了hAQP1和一種抑制劑的相互作用過(guò)程。模型中抑制劑分子與hAQP1四聚體中的一個(gè)單體結(jié)合，計(jì)算發(fā)現(xiàn)在模擬的10n