细胞色素酶介导的花生四烯酸代谢机制研究

发布时间：2017-09-26 22:35

  本文关键词：细胞色素酶介导的花生四烯酸代谢机制研究

  更多相关文章： 花生四烯酸代谢 细胞色素酶P450 糖尿病发病机制 计算生学和生物信息学 蛋白质结构

【摘要】：花生四烯酸是人体内含量最多的不饱和脂肪酸,也是人体内多种重要生物活性物质的前体,比如前列腺素、血栓烷、白细胞三烯、脂氧素以及环氧二十碳三烯等。这些花生四烯酸代谢物对于人体内脂类蛋白的代谢、血液流变学、血管弹性、白细胞功能和血小板激活等具有重要的调节作用。花生四烯酸在人体肠道中主要是由细胞色素酶2J2负责代谢的。这是细胞色素P450酶在不同种族的人群中存在着多态性,其中T143A和N404Y突变体能够大幅度的降低细胞色素酶2J2的活性,从而导致花生四烯酸代谢能力的降低。为了研究花生四烯酸在人体肠道中的代谢机制以及细胞色素酶2J2多态性引起花生四烯酸代谢能力降低的机理,本论文采用计算生物学和生物信息学方法预测了细胞色素酶2J2的蛋白质空间结构,并且在此基础上构建了细胞色素酶2J2介导的花生四烯酸代谢结构模型。多种评估和测试方法显示,我们构建的花生四烯酸代谢结构模型具有较高的精确度和可靠性。通过结构分析发现,花生四烯酸呈U型结合在细胞色素酶2J2的活性口袋中。其羧基一端与Leu378和Gly486形成氢键,其脂肪链部分与Ile127和Met128形成疏水相互作用。这些相互作用可以识别和固定花生四烯酸,使其在活性口袋中以正确的方向结合,从而有利于后续代谢反应的发生。通过动力学分析发现,细胞色素酶2J2的突变T143A虽然远离其活性位点和花生四烯酸结合口袋,但是却在水分子运输通道附近。通过对比野生型和T143A突变型细胞色素酶2J2水分子通道的直径,我们发现在T143A突变体中,其水分子运输通道的直径为3.87±1.21埃。这使得水分子通过该通道的效率大大下降。而水分子在花生四烯酸的代谢反应中起着至关重要的作用。T143A突变能够通过降低活性口袋中的水分子,来降低花生四烯酸代谢效率。细胞色素酶2J2的突变N404Y位于活性口袋的边缘,距离Leu378较近。这个突变可以通过范德华作用改变Leu378的侧链朝向,使其不能与花生四烯酸形成氢键。失去了Leu378与花生四烯酸羰基形成的氢键,花生四烯酸的结合能力就会大大下降,其结合自由能只有-34.84千焦每摩尔。而在野生型中,花生四烯酸的结合自由能是-40.71千焦每摩尔。此外通过对比野生型和N404Y突变体中花生四烯酸的均方根偏差,我们发现花生四烯酸在N404Y突变体中的位置具有不稳定性。这些都将大大降低花生四烯酸的代谢能力。
【关键词】：花生四烯酸代谢 细胞色素酶P450 糖尿病发病机制 计算生学和生物信息学 蛋白质结构
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R3411
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-22
• 1.1 花生四烯酸14-19
• 1.1.1 花生四烯酸的分布14-15
• 1.1.2 花生四烯酸的代谢途径15-17
• 1.1.3 花生四烯酸及其代谢产物的生理功能17-18
• 1.1.4 花生四烯酸的主要用途18-19
• 1.2 细胞色素P450酶19-21
• 1.2.1 细胞色素P450酶在生理作用19-20
• 1.2.2 细胞色素P450酶与药物代谢20-21
• 1.2.3 细胞色素P450酶多态性21
• 1.3 论文的主要内容与章节安排21-22
• 第二章 计算生物学和结构模拟22-30
• 2.1 计算生物学22-25
• 2.1.1 计算生物学和生物信息学23
• 2.1.2 计算生物学的研究过程和研究方法23-24
• 2.1.3 计算生物学的应用24-25
• 2.2 生物大分子计算和分子模拟25-29
• 2.2.1 分子模拟中的分子力学方法25-28
• 2.2.2 分子模拟中的分子动力学方法28-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第三章 细胞色素酶 2J2的结构预测30-46
• 3.1 细胞色素酶 2J230-31
• 3.2 细胞色素酶 2J2的三级结构预测31-39
• 3.2.1 细胞色素酶 2J2的一级序列比对和结构模版选择32-33
• 3.2.2 细胞色素酶 2J2的二级结构性质预测33-34
• 3.2.3 细胞色素酶 2J2的三级结构性质预测34-39
• 3.3 细胞色素酶 2J2的结构模型评估39-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第四章 细胞色素酶 2J2介导花生四烯酸代谢模型46-52
• 4.1 细胞色素酶 2J2的结构特征46-47
• 4.2 花生四烯酸结合位点预测47-49
• 4.3 花生四烯酸代谢结构模型49-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第五章 细胞色素酶 2J2介导花生四烯酸代谢机制研究52-65
• 5.1 细胞色素酶 2J2的结构分析52-53
• 5.2 细胞色素酶 2J2结构模型的动力学性质研究53-56
• 5.2.1 细胞色素酶 2J2的分子动力学设定54
• 5.2.2 细胞色素酶 2J2分子动力学轨迹的初步分析54-56
• 5.3 细胞色素酶 2J2介导的花生四烯酸代谢机制研究56-58
• 5.4 细胞色素酶 2J2多态性对花生四烯酸代谢的影响58-64
• 5.4.1 T143A突变体导致的花生四烯酸代谢效率降低机制59-61
• 5.4.2 R158C突变体导致的花生四烯酸代谢效率降低机制61-62
• 5.4.3 N404Y突变体导致的花生四烯酸代谢效率降低机制62-64
• 5.5 本章小结64-65
• 参考文献65-79
• 附录 179-82
• 附录 282-84
• 附录 384-85
• 附录 485-86
• 附录 586-92
• 附录 692-93
• 附录 793-95
• 附录 895-96
• 附录 996-97
• 附录 1097-98
• 附录 1198-99
• 附录 1299-100
• 附录 13100-102
• 附录 14102-105
• 致谢105-106
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文106

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本文编号：926127