基于细菌分裂蛋白FtsZ靶点的药物设计及生物活性研究

发布时间：2017-03-23 15:09

  本文关键词：基于细菌分裂蛋白FtsZ靶点的药物设计及生物活性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文首先应用分子动力学模拟及MM-PBSA方法分别研究了Sa Fts Z-GDP二元复合物和3MBA类衍生物存在时三元复合物体系的RMSD、RMSF、关键残基质心距、蛋白二级结构、活性口袋体积以及相对结合自由能随模拟时间的变化规律。其次运用Ligbuilder V2.0软件,设计出一系列靶向作用于Fts Z的化合物,之后借助于FAF-Drug2进行ADME/T预测,采用分子对接进行结合能评价,筛选出18个具有潜在成药性且结合能较低的小分子。选取具有代表性的小分子(02-49、09-32、146-75和已报道抑制剂3MBA、9PC)构建Sa Fts Z-GDP-配体三元复合物体系,进行10 ns的分子动力学模拟。最后基于Sa Fts Z蛋白T7Loop区活性口袋对Specs数据库进行虚拟筛选,借助FAF-Drug2进行ADME/T预测,采用Vina、Dock、Auto Dock三种分子对接进行结合能评价,筛选得到50个具有潜在成药性且结合能较低的小分子,购买了其中25个小分子进行抗菌活性测试。分子动力学模拟研究表明:Sa Fts Z-GDP二元复合物体系稳定性较差,T7Loop区域残基波动较大,蛋白的二级结构变化也比较明显,活性口袋体积急剧减小,底物通道显著变窄且不稳定。而引入抑制剂PC190723、Compound 1后的三元复合物体系与上述二元复合物有较大不同,这些抑制剂与T7Loop区周围残基形成了关键的氢键和疏水作用,从而使其与Fts Z蛋白紧密结合,体系稳定性较好。在Sa Fts Z-GDP-3MBA体系中,配体3MBA仅能与活性口袋中部分残基形成疏水作用,导致配体与Fts Z的亲和力很弱,配体不能很好的存在于活性口袋中,使3MBA的抗菌活性显著低于PC190723、Compound1。全新药物设计研究结果表明:通过全新药物设计得到18个具有潜在成药性且结合能较低的小分子,能够与活性口袋周围残基形成关键的氢键及疏水作用,是潜在的Fts Z抑制剂。采用美国临床委员会标准(NCCLS)测试了虚拟筛选出的25个化合物对四种菌株的抗菌活性,测试结果表明:所有化合物对金黄色葡萄球菌,白色念球菌,大肠杆菌均显示较强的抗菌活性,MIC范围分别为1-64μg·m L-1,4-64μg·m L-1,4-256μg·m L-1。所有化合物显示较弱的抗枯草芽孢杆菌活性,MIC范围为16-256μg·m L-1。在抗金黄色葡萄球菌的生物活性研究中化合物1,20(MIC=1μg·m L-1)显示出最强的抗菌活性。研究结果为针对Fts Z抑制剂的药物设计提供了参考依据。
【关键词】：FtsZ 3MBA衍生物 分子动力学模拟 全新药物设计 虚拟筛选
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R91
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 文献综述10-24
• 1.1 抗菌药物的发展10-11
• 1.1.1 抗生素10
• 1.1.2 化学合成药10-11
• 1.2 细菌耐药性11-12
• 1.2.1 细菌耐药性现状11
• 1.2.2 细菌耐药性机制11-12
• 1.3 细菌分裂途径12-17
• 1.3.1 细菌分裂12-13
• 1.3.2 FtsZ抑制剂的研究进展13-16
• 1.3.3 FtsZ蛋白结构和结合位点16-17
• 1.4 计算机辅助药物设计17-22
• 1.4.1 简介17-18
• 1.4.2 分子对接18-20
• 1.4.3 分子动力学模拟20-22
• 1.5 小结22-24
• 1.5.1 研究目的及意义22
• 1.5.2 主要研究内容22-23
• 1.5.3 研究的创新点23-24
• 第二章 3MBA类FtsZ蛋白抑制剂的抗菌机制研究24-34
• 2.1 实验部分24-25
• 2.1.1 蛋白质结构准备24
• 2.1.2 分子动力学模拟24-25
• 2.1.3 T7Loop区活性口袋体积测定25
• 2.1.4 结合自由能计算25
• 2.2 结果分析与讨论25-33
• 2.2.1 MjFtsZ二聚体和SaFtsZ二聚体结合模式25-26
• 2.2.2 四种体系的稳定性与残基波动情况26-27
• 2.2.3 四种体系中蛋白二级结构变化情况27-29
• 2.2.4 T7Loop区活性口袋与配体的结合模式29
• 2.2.5 T7Loop区活性口袋关键残基质心距离29-31
• 2.2.6 T7Loop区活性口袋体积分析31-32
• 2.2.7 MM-PBSA相对结合自由能分析32-33
• 2.3 小结33-34
• 第三章 基于细菌分裂蛋白FtsZ靶点的全新药物设计34-45
• 3.1 理论与方法34-37
• 3.1.1 结构文件准备34
• 3.1.2 全新药物设计与ADME/T预测34-35
• 3.1.3 分子对接35-36
• 3.1.4 分子动力学模拟36
• 3.1.5 活性体积计算36
• 3.1.6 MM-PBSA相对结合自由能计算36-37
• 3.2 结果与讨论37-44
• 3.2.1 结合位点探测37
• 3.2.2 全新药物设计与分子对接37-40
• 3.2.3 体系稳定性情况40-41
• 3.2.4 活性口袋体积变化情况41
• 3.2.5 结合模式情况41-43
• 3.2.6 相对结合自由能与能量分解43-44
• 3.3 小结44-45
• 第四章 虚拟筛选及抗菌活性研究45-59
• 4.1 实验内容45-47
• 4.1.1 实验药品及仪器45
• 4.1.2 蛋白模型与配体结构准备45-46
• 4.1.3 ADME/T预测和分子对接46
• 4.1.4 抗菌活性测试46-47
• 4.2 结果与讨论47-58
• 4.2.1 ADME/T预测与分子对接47-52
• 4.2.2 结合模式分析52-57
• 4.2.3 抗菌活性分析57-58
• 4.3 小结58-59
• 第五章 结论59-61
• 参考文献61-67
• 发表论文和科研情况说明67-68
• 致谢68-69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 段爱霞;陈晶;刘宏德;刘秀辉;卢小泉;;分子对接方法的应用与发展[J];分析科学学报;2009年04期

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3 汪复;朱德妹;胡付品;阮斐怡;倪语星;孙景勇;徐英春;孙宏莉;胡云健;艾效曼;俞云松;杨青;孙自镛;简翠;贾蓓;黄文祥;卓超;苏丹虹;魏莲花;吴玲;张朝霞;季萍;王传清;薛建昌;张泓;李万华;;2007年中国CHINET细菌耐药性监测[J];中国感染与化疗杂志;2008年05期

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5 朱德妹;汪复;胡付品;蒋晓飞;倪语星;孙景勇;徐英春;张小江;胡云健;艾效曼;俞云松;杨青;孙自镛;陈中举;贾蓓;黄文祥;卓超;苏丹虹;魏莲花;吴玲;张朝霞;季萍;王传清;王爱敏;张泓;孔菁;徐元宏;沈继录;单斌;杜艳;;2010年中国CHINET细菌耐药性监测[J];中国感染与化疗杂志;2011年05期

6 胡付品;朱德妹;汪复;蒋晓飞;杨青;徐英春;张小江;孙自镛;陈中举;王传清;王爱敏;倪语星;孙景勇;俞云松;林洁;单斌;杜艳;徐元宏;沈继录;张泓;孔菁;卓超;苏丹虹;张朝霞;季萍;胡云建;艾效曼;黄文祥;贾蓓;魏莲花;吴玲;;2011年中国CHINET细菌耐药性监测[J];中国感染与化疗杂志;2012年05期

7 彭春勇;辛春伟;李建发;戢丹;鲍秀荣;卢俊瑞;;1-对甲苯基-5-取代苯基亚胺基-1,2,3-三唑甲酸/甲酰胺的合成及生物活性研究[J];有机化学;2013年02期

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1 艾义新;FabI抑制剂的分子作用机制及药物设计研究[D];天津理工大学;2014年

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