蛋白-配体结合过程中配体分子张力能的计算方法

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蛋白-配体相互作用是药物分子发挥作用的基础,在与靶标蛋白结合过程中,配体分子的构象可能发生变化,从而产生了张力能的变化。配体分子张力能的改变是蛋白-配体结合过程的能量变化的一部分,对蛋白-配体亲和性也有影响。因此,如果能计算配体分子在与蛋白结合过程中张力能的变化,那么对于准确预测靶标和药物的亲合性会有很大帮助,对提高药物分子设计的成功率具有重要意义。本论文工作选取了三个经典药物靶标(Factor-Xa、BACE-1以及HIV-1蛋白酶)的小分子抑制剂作为研究对象,力求探索估算配体分子在结合过程中张力能变化的计算方法。  在第一部分工作中(详见第二章内容),作者对选定的三类小分子抑制剂的张力能进行了精确计算。首先利用分子动力学模拟的方法对小分子进行构象搜索,寻找其在水溶液中的稳定构象,并用分子力场的办法对获得的溶液构象以及原有的晶体构象进行处理,随后用量子力学方法对这些构象进行精确的能量计算。在量子力学计算过程中,作者对真空条件和溶剂连续模型的不同计算结果、量化计算优化基组的选择以及优化过程分子构象的RMSD变化进行了研究和探讨。最终,通过选择不同的结合构象,获得了三组张力能的数值,用于后续的研究。  在第二部分工作中(详见第三章内容),作者对张力能计算值与分子结构的关系进行了研究。作者选择了三种与分子结构相关的定量指数,包括分子体积、可旋转键数目以及扭转单元,将这些数据与张力能计算值进行了关联。分子体积是首次提出用于研究分子结构与张力能关系的量,在一些比较简单的模型分子上体现出规律,即对同一分子的不同构象,分子体积越小,其张力能越大,但在三类小分子抑制剂上没有获得积极的结论。张力能与可旋转键数目在大部分数据集上具有比较明显的线性关系,即分子的可旋转键数目越多,则其张力能可能越大,但同时对可旋转键分类的尝试没有获得有价值的结果。通过上述研究,获得了一些张力能与可旋转键以及分子体积关联的证据,确认了配体分子张力能与其分子结构具有重要关系。
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