新烟碱类化合物与烟碱乙酰胆碱受体的相互作用及选择性研究

论文摘要

本论文包括三个部分。第一章概述了烟碱乙酰胆碱受体的结构、亚型及亚基组成,归纳了几种新烟碱杀虫剂与受体的作用模式假说并且简述了计算机辅助药物设计和分子动力学方法。第二章综合运用了同源模建、分子对接方法研究了典型新烟碱化合物与靶标的作用机制。运用分子对接的方法,评价了顺式硝基烯类化合物IPPA 156011两种构型与AChBP的结合情况,发现S构型的化合物与受体作用好,应为活性构型,而R构型化合物与受体无明显作用；同时发现结合位点水分子存在与否对化合物IPPA156011的作用模式无明显影响。通过序列比对、同源模建、分子对接研究,在一定程度上揭示了吡虫啉对桃蚜等靶标昆虫具有高杀虫活性,而对拟环纹豹蛛低活性的原因。桃蚜Mpβ1亚基和拟环纹豹蛛Ppβ1亚基在活性位点loopD存在R81Q残基的差异,桃蚜Mpβ1亚基Arg81残基带正电胍基的两个N-H可以与吡虫啉硝基的两个O原子形成两根N-H...O氢键,对吡虫啉的结合起关键作用；而环纹豹蛛Ppp1亚基在该位置相对应的残基为Gln81,与吡虫啉距离较远,无法形成氢键作用。模拟结果很好的解释了生物学实验数据。第三章通过同源模建以及分子动力学方法模拟了吡虫啉与果蝇α7型和人中枢神经α4p2型nAChRs的动态作用情况。对两个体系分别进行了20 ns的分子动力学模拟研究,从动力学轨迹、结合自由能以及相互作用等方面进行分析,吡虫啉对昆虫和人nAChRs作用存在显著差异。在果蝇α7型nAChR体系中五个配体吡虫啉都能在结合位点与受体有稳定的作用,使受体能稳定保持活性状态；而在人α4β2型nAChR体系中其中一个配体IMI与受体的结合较弱,在动力学过程中偏离了结合口袋,而无法使受体维持通道打开的活性状态,揭示了吡虫啉高选择性的作用机制。进一步分析揭示了吡虫啉与果蝇α7型nAChR活性位点的作用机制：主要通过硝基的氢键作用、共轭部分与Tyr芳香侧链的π-π作用、水桥介导的氢键网络以及咪唑环C-H与芳香侧链的C.H…π弱氢键作用进行结合,同时验证了先前提出的新烟碱“氢键诱导增强的π-π堆积作用模型”

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 综述
• 1.1 烟碱型乙酰胆碱受体
• 1.1.1 nAChR的结构
• 1.1.2 nAChR的亚基和亚型
• 1.1.3 激动剂与昆虫烟碱乙酰胆碱受体相互作用的研究进展
• 1.2 计算机辅助药物设计
• 1.2.1 基于结构的药物分子设计
• 1.2.2 基于配体的分子设计
• 1.3 分子动力学概述
• 1.3.1 分子动力学模拟的初始条件
• 1.3.2 分子动力学计算流程
• 1.3.3 自由能计算
• 1.3.4 分子动力学的发展及应用
• 第2章 典型新烟碱化合物与靶标作用机制的分子对接研究
• 2.1 顺硝烯类新烟碱化合物与靶标的作用模式研究
• 2.1.1 实验方法
• 2.1.2 分子对接及结果分析
• 2.2 吡虫啉对桃蚜及拟环纹豹蛛nAChR毒力选择性的分子模拟研究
• 2.2.1 实验方法
• 2.2.2 分子对接及结果讨论
• 第3章 吡虫啉对不同物种烟碱乙酰胆碱受体作用方式及选择性机制的分子动力学研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料和方法
• 3.2.1 同源模建
• 3.2.2 分子动力学模拟
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 整体结构变化
• 3.3.2 吡虫啉在果蝇和人体系中构象变化及RMSD值的变化
• 3.3.3 结合自由能
• 3.3.4 氢键作用
• 3.3.5 吡虫啉与结合口袋周围残基的其他作用研究
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 已发表文章
• 致谢