蛋白质结构的改变,与配体的结合以及与核酸间的相互作用能够影响其生理功能的作用。细胞色素(Cytochrome P450,P450)酶是一类以铁卟啉环作为辅基的血红蛋白。细胞色素的生物功能是通过血红素辅基中铁原子的氧化态和还原态之间的可逆变化来传递电子,并参与一系列的氧化还原反应。P450不仅可以催化内源性物质的合成和降解,而且对外源性物质的代谢活化和解毒都发挥重要的作用。转录因子(Teicoplanin-associated locus regulator,TcaR)可以调控ica ADBC、spa、sas F以及sar S的转录,最新研究表明TcaR能与单链DNA(ssDNA)相结合,从而抵制噬菌体的入侵以及抑制病毒的复制。我们利用分子动力学模拟方法,从原子水平上,探究P450酶与底物之间的作用以及转录因子TcaR与ssDNA的识别机制,对人们理解生物体的生理过程有重要的作用。本文分别对P450与底物以及TcaR与ssDNA的结构与性质进行了深入的研究。论文的主要内容如下:1.CYP3A7底物选择性的动力学模拟研究CYP3A7主要存在于婴幼儿的肝脏中,在成人肝脏和肠道中也有发现。CYP3A7酶在婴儿体内的功能与CYP3A4在成人体内的功能相似。CYP3A7可以氧化外源有机小分子,以便将其排出体外,且在代谢类固醇的过程中也发挥重要的作用。由于实验并未获得CYP3A7的晶体结构,其结构及功能的研究受到了阻碍。我们利用同源模键方法获得CYP3A7的三维结构,并将三个底物对接到CYP3A7卟啉环上方。通过分子动力学模拟、通道分析以及结合自由能计算,探究CYP3A7与底物的结合能力。此外,我们探索了不同底物进出CYP3A7蛋白的最优通道。该项研究揭示了CYP3A7在原子水平上的结构特征及底物选择性,为深入了解CYP3A亚族的结构特征提供了理论支持。2.CYP2A6、CYP2A13、CYP2E1与抑制剂的结构特征及门控机制研究CYP2A6和CYP2A13是CYP2A亚族的两个功能性蛋白,具有94%的序列同源性,均可以代谢一些来自烟草的前致癌物。CYP2E1与CYP2A6和CYP2A13同属CYP2亚族,其序列同源性为40%。CYP2E1虽活性区域较小但仍可以代谢外源性底物,生成有毒物质以及致癌物。因此,抑制CYP2A6、CYP2A13和CYP2E1的活性,可以减少前致癌物的代谢,有利于消除和解毒化学化合物。我们将三个蛋白分别结合同一抑制剂匹鲁卡品,并进行直接比较,从原子水平上阐明同一抑制剂对三个不同蛋白酶的抑制活性存在差异性的原因,分析了抑制剂进出不同蛋白的主要通道,提出了通道处的“门控机制”。动力学模拟和结合自由能计算结果表明抑制活性不同主要由于极性相互作用的贡献不同。此外,序列的差异性是抑制剂选择不同进出通道的主要因素。动力学模拟结果还明确了疏水氨基酸F209、F116及F298在调控通道开合中的重要作用。此项工作从原子水平上揭示了三个蛋白的结构及通道特征,为今后设计合理的抑制剂提供可靠的信息。3.TcaR与ssDNA识别机制的动力学模拟研究TcaR蛋白属于Mar R(Multiple Antibiotic Resistance Regulator)家族中的一员,Mar R家族蛋白一直与双链DNA(ds DNA)结合发挥其功能,最新研究证明了TcaR具有很强的结合ssDNA的能力,可以抵制噬菌体的入侵以及抑制病毒的复制。但人们对TcaR与ssDNA的作用机制知之甚少。我们选择apo-TcaR,TcaR-ssDNA,两组四突变MTA和MTB为研究对象,对TcaR与ssDNA的结构及识别机制进行了深入的研究。分子动力学模拟和结合自由能计算的结果表明,TcaR结合ssDNA时,静电相互作用是结合的主要驱动力。突变之后,静电相互作用大幅度降低导致结合能力减弱。我们提出了的六个锚定氨基酸(Arg70,Arg71,Ser188,Gln191,Arg221和Arg222),它们通过氢键和盐桥作用稳定ssDNA。由于结合ssDNA后,TcaR出现不对称的构象改变,其主要原因是静电势的改变,接触数的增强和盐桥作用。该项研究对深入了解TcaR与ssDNA的结构及作用机制提供了有力的理论支持。