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乙酰乳酸合成酶广泛存在于各种植物和微生物体内,是支链氨基酸缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸合成的一种重要的酶,但其并不存在于动物体内。该酶具有的这种物种限制性导致其抑制剂对动物安全,使得其成为除草剂的热门靶点。以乙酰乳酸合成酶为靶点的现有抑制剂主要有5大类,其中应用最广泛的是磺酰脲类除草剂,但在长期的田间适用过程中发现杂草对现有的乙酰乳酸合成酶抑制剂都存在一定的抗药性,因此研发新型的以该酶为靶点的除草剂也成为了新的研究热点。本文通过基于反应的碎片法创建了乙酰乳酸合成酶抑制剂的虚拟组合化学库;使用分子对接和分子动力学模拟预测了一类新化合物和拟南芥乙酰乳酸合成酶作用的位点、研究了其复合物的稳定性,使用MM-GBSA方法计算了各个复合物体系的结合自由能;最后通过对比小分子的生物活性实验数据,对化合物的作用效果进行了分析。 1.分析已知晶体结构的拟南芥AHAS与磺酰脲类抑制剂CIE、咪唑啉酮类抑制剂IQ的复合物中,抑制剂CIE和IQ与蛋白质的作用模式。从新型高效除草剂分子ZJ0777的结构出发,设计了12个新型抑制剂,进行分子对接,结果进行打分。分析了对接得到的复合物中,抑制剂与蛋白质的作用模式。 2.对已知晶体结构的AHAS-CIE复合物和通过分子对接得到的新型抑制剂与AHAS的复合物进行2135 ps的分子动力学模拟,体系达到平衡状态,分析了动力学过程中小分子抑制剂和复合物骨架原子的RMSD值随时间的变化。对经过模拟达到平衡态的复合物使用MM-GBSA方法计算各个体系中小分子与蛋白质结合的结合自由能,得出各项能量对结合的贡献。为了更加深刻地理解蛋白质和抑制剂的相互作用,进一步用GBSA能量分解方法计算了所有残基的贡献。动力学模拟结果与分子对接结果相吻合,进一步阐明了抑制剂小分子与AHAS的作用模式,为分子结合区域的残基的改造指明了方向,为设计具有高亲和力的小分子抑制剂提供了重要的线索和理论依据。 3.为了验证理论计算的合理性,采集了小分子生物活性实验的具体数据,分析其对乙酰乳酸合成酶的作用和发展成为除草剂的可能性。