细胞色素酶CYP2E1与芳香族底物结合的生物信息与结构生物学研究
[Abstract]:The cytochrome P450 family is one of the most closely related drug metabolizing enzymes in human body. As a member of the cytochrome enzyme family, it is responsible for 6% of the drug metabolism. They have very different structures and chemical properties, such as alcohol, monocyclic, binary heterocyclic, and even fatty acids. However, the recently shown crystal structure of CYP2E1 suggests that it has the smallest active pocket volume in the cytochrome family, and that in addition to the ion channel leading to the active site, there is another small space nearby. This is rare in the cytochrome family. As such a limited space, it is worth studying how it metabolizes so many different substrates. Moreover, CYP2E1 also showed abnormal kinetic curves in some metabolic reactions against monocyclic small molecular substrates, which indicated that two small molecules may bind to negative synergistic effect on enzyme at the same time, resulting in metabolic inhibition. Current studies on the metabolic diversity of substrates and their negative synergistic effects of CYP2E1 are not very thorough. Therefore, for the purpose of further understanding the properties of CYP2E1 active sites, we selected five aromatic ring molecules (benzene, aniline, paracetamol, chlorzoxazol Zong He theophylline) with different structures to dock into the crystal structure of CYP2E1. Then the molecular dynamics simulation of 5ns was carried out to study the mechanism of its metabolic diversity in human body. At the same time, in order to further understand the mechanism of negative synergism, aniline, as an aromatic monocyclic substrate with the smallest substituent, was selected to attach one or two small molecules to CYP2E1 protein and to simulate the molecular dynamics of 10ns. After we get the results, we make a very detailed analysis of the RMS displacement and the close-distance interaction. For the exploration of negative synergistic effect, we analyze the degree of cocorrelation and calculate Gibbs' combined free energy, and obtain valuable results. The simulation shows that the interaction between aromatic molecules and active sites of CYP2E1 is mainly through the interaction with Phe106, Phe116, Phe207, Phe298 and Phe478 蟺-蟺 piling aromatics. There is almost no hydrogen bond interaction between the aromatic molecules and the active sites of Phe106, Phe116, Phe207, Phe298 and Phe478. And different small molecular protein complexes play an important role in determining the diversity of metabolites according to the conformational clustering characteristics of binding energy and the structural characteristics of molecular motion in molecular dynamics simulation. Single-product small molecules usually have only one energy-based conformation clustering result such as benzene and chlorzoxazone. And the more products, the more diverse the clustering results, the more dynamic simulation activities, such as acetaminophen, has four possible metabolic sites, even in the simulation process because of high activity, Into a small space near the active pocket. In addition, the negative synergistic effect of CYP2E1 comes from the second monocyclic small molecule passing through Phe478, the most important remnant of ion channel and active site, to produce 蟺-蟺 stacking, and to enhance the stacking of small molecules at active sites in parallel with the shift 蟺-蟺 produced by Phe478. The formation of an energy-stable triplet 蟺-蟺 stacks limits and disrupts the normal activity of small molecules to be reacted. The entry of the second small molecule also reduced the activity of Thr303, which is the most critical for the localization of small molecules. All these findings provide atomic angle analysis for the study of the mechanism of substrates metabolic diversity and negative synergism of CYP2E1 and contribute to the new development of individualized drugs needed in the future.
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:R341
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