細(xì)胞色素酶CYP2E1與芳香族底物結(jié)合的生物信息與結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究.pdf

1、細(xì)胞色素酶P450家族是和人體內(nèi)藥物代謝關(guān)系最為密切的一類藥物代謝酶大家族。CYP2E1，作為細(xì)胞色素酶家族的一員，負(fù)責(zé)其中6％的藥物代謝，并且其代謝的藥物種類相當(dāng)廣泛，有著很不同的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)，比如，酒精類，單環(huán)小分子，兩元雜環(huán)小分子，甚至是脂肪酸。然而，最近展示的CYP2E1晶體結(jié)構(gòu)表明，它有著細(xì)胞色素酶家族中最小的活性口袋容積，另外除了通往活性位點(diǎn)的離子通道，它附近還存在著另一個(gè)小型的空間，這在細(xì)胞色素酶家族中十分罕見。作為這么

2、一個(gè)有限的空間，它是如何做到代謝這么多不同性質(zhì)的底物的，這是個(gè)很值得研究的問題。不僅如此，CYP2E1針對單環(huán)小分子底物也在一些代謝反應(yīng)時(shí)顯示了反常的動(dòng)力學(xué)曲線，這顯示了兩個(gè)小分子可能同時(shí)結(jié)合在酶上的負(fù)協(xié)同效應(yīng)，引起代謝抑制?，F(xiàn)在關(guān)于CYP2E1的底物代謝多樣性和其負(fù)協(xié)同效應(yīng)的研究并不十分透徹。所以本著進(jìn)一步了解CYP2E1活性位點(diǎn)的特性的目的，我們選取五個(gè)不同結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的芳香環(huán)小分子（苯，苯胺，對乙酰氨基酚，氯唑沙宗和茶堿）對接進(jìn)入C

3、YP2E1的晶體結(jié)構(gòu)，接著進(jìn)行5ns的分子動(dòng)力學(xué)模擬，來研究它在人體內(nèi)的底物代謝多樣性的機(jī)理。同時(shí)，為了進(jìn)一步了解負(fù)協(xié)同效應(yīng)的機(jī)制，苯胺作為有著最小取代基的芳香單環(huán)底物，被挑選出將一個(gè)以及兩個(gè)小分子對接入CYP2E1蛋白質(zhì)，并進(jìn)行10ns的分子動(dòng)力學(xué)模擬。得到結(jié)果之后我們又進(jìn)行了很細(xì)致的均方差位移，近距離相互作用分析。對于探索負(fù)協(xié)同效應(yīng)部分，我們又進(jìn)行了協(xié)相關(guān)度的分析和吉布斯結(jié)合自由能的計(jì)算，得到了很有價(jià)值的成果。模擬展示了芳香小分子和

4、CYP2E1的活性位點(diǎn)相互作用主要通過和Phe106，Phe116，Phe207，Phe298以及Phe478的π-π堆積芳香相互作用，幾乎沒有氫鍵作用。并且不同的小分子蛋白復(fù)合物根據(jù)結(jié)合能產(chǎn)生的構(gòu)象聚類特征和分子動(dòng)力學(xué)模擬中由于分子運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)特征，在決定代謝產(chǎn)物多樣性方面起了重要作用。單產(chǎn)物的小分子通常只具有一個(gè)基于能量的構(gòu)象聚類結(jié)果，比如苯和氯唑沙宗。而產(chǎn)物越多，其聚類結(jié)果越多樣，動(dòng)力模擬的活動(dòng)越活躍，比如對乙酰氨基酚，有著四

5、個(gè)可能的代謝位點(diǎn)，甚至在模擬過程中由于活動(dòng)性太高，進(jìn)入了活性口袋附近的小空間內(nèi)。另外，CYP2E1的負(fù)協(xié)同作用來源于第二個(gè)單環(huán)小分子通過和Phe478，連接離子通道和活性位點(diǎn)的最重要的殘基，產(chǎn)生π-π堆疊，并加強(qiáng)活性位點(diǎn)的小分子同樣和Phe478產(chǎn)生的偏移平行π-π堆疊，產(chǎn)生能量穩(wěn)定的三疊體π-π堆疊，限制并擾亂了待反應(yīng)小分子的正常活動(dòng)。第二個(gè)小分子的進(jìn)入也降低了在小分子定位上最關(guān)鍵的Thr303的活性。所有這些發(fā)現(xiàn)都為CYP2E1的底