MEK与抑制剂U0126复合物的分子动力学模拟.
摘 要：采用分子对接模拟U0126与MEK结合而形成的复合物，然后对复合物进行10.0 ns的分子动力学模拟。结果表明，活性空腔氨基酸残基间的相互作用和氢键对抑制剂的识别与稳定性都有重要影响。 简历大全 /html/jianli/。
丝裂原活化蛋白激酶激酶(MAPKK或MEK)，是信号转导途径的重要激酶，在信号转导途径中起着承上启下的重要作用。MEK能够整合上游信号并通过磷酸化丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)第七和第八亚结构域之间的丝/苏氨酸和酪氨酸残基，从而激活MAPK[1]。 MEK特异性抑制剂U0126是一个新的、可选择、有效的MEK抑制剂。U0126是一个有机物(1，4—二氨基—2，3—氰基—1，4—双[2—氨基苯基硫代]丁二烯)，是目前应用最广泛、最有效的一种抑制剂。U0126可以通透细胞，与MEK非竞争结合，抑制其催化活力，从而阻止MEK的磷酸化和激活，进而阻止下游MAPK的活化。而其它一些抑制剂只能与没有活化的MEK结合，从而限制它们的应用。 研究U0126与MEK的作用模式，通过酶晶体结构解析和活性中心结构域及其与抑制剂结合位点的分析，确定与结合相关的关键氨基酸残基，有助于设计和改造出具有更高活性和效果的经济适用的MEK抑制剂。有利于研究病菌的发生、发展和侵入机制，对研究海洋中的病原真菌和寄主植物之间的相互作用具有重要的理论意义[2]。 利用分子对接方法来模拟U0126与MEK的复合物构象，并进行10 ns的分子动力学模拟，通过对模拟结果的分析，得到U0126与MEK之间的作用关系，确定活性空腔内与配体结合的关键氨基酸残基以及形成的氢键对复合物稳定性的影响。
代写论文 1 材料与方法 1.1 材料 MEK的晶体结构(PDB ID: 3EHQ)来自于蛋白质晶体数据库（Protein Data Bank），手动删除除蛋白质分子以外其他所有结构，对缺失的蛋白质残基用Swiss—PdbViewer程序包[4]补齐。配体小分子U0126的晶体结构来自于小分子数据库（The PubChem Project)，并通过Pymol[5]保存为PDB格式，作为分子对接时配体的初始结构[3]。 1.2 分子对接 首先采用AutoDock4.2[6]程序包对MEK和抑制剂U0126进行预处理。对接时受体大分子的格点盒子大小为124×124 ×124，格点间距为0.0375 nm。运用拉马克（Lamarckian）遗传算法，将局部能量搜索与遗传算法相结合,以半经验势函数作为能量打分函数，对小分子构象和位置进行全局搜索，对MEK和抑制剂U0126进行10次的独立对接实验。最后依据成簇分析情况和最低对接能来选取对接复合物作为分子动力学模拟的初始构象[4]。 1.3 MD模拟 本实验运用gromacs程序包选用Opls—aa全原子力场，对复合物在水溶液中进行MD模拟。将复合物置于一个立方体水盒中，质心置于立方体盒子中心。然后在溶质外围加上1.0000 nm的水分子层,采用的水分子为SPCE模型。消除分子间的高能碰撞采用3 000步最陡下降法和2 000步共轭梯度法进行能量最小化的方法，然后进行100 ps的NVT和100 ps的NPT模拟，体系平衡后进行10 nsMD模拟。处理长程静电作用采用周期性边界条件和Particle Mesh Ewald(PME)方法。非键截距为0.9000 nm,使用SHAKE选项用于约束和氢原子连接的键。系统的温度和压力则通过V—rescale和Parrinello—Rahman实现控制。模拟中采用的积分步长为2fs,非键连接表每5步更新一次。每2 ps保存一次轨迹结构用于后期数据处理。 论文代写 2 结果与讨论 2.1 MD轨迹稳定性分析 MD模拟轨迹的均方根偏差(root mean square deviation，RMSD)是衡量体系是否稳定的重要依据，为检测MD轨迹的稳定性,对U0126与MEK复合物的中MEK的骨架原子均方根偏差进行分析。图1，为MEK的骨架原子RMSD随时间变化图。如图所示，体系在开始阶段，RMSD呈上升趋势；经过大约0.8 ns MD模拟后，RMSD趋于稳定，MEK基本达到平衡状态；在大约2.0 ns以后，RMSD值稳定在0.1700 nm，MEK达到平衡状态。此外，在1.8 ns的MD之后，体系势能也趋向最小值而达到稳定，从而为U0126与MEK复合物能够稳定存在提供有力的证据[6]。
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图1 MEK酶骨架原子的RMSD变化图 2.2 平均构象的活性空腔分析 通过Gromacs自带程序提取2—5ns模拟轨迹的平均结构，作为U0126与MEK相互作用的代表性构像。然后，使用Ligplot程序画出U0126与MEK相互作用的平面结构图。MEK活性位点处残基与底物U0126的相互作用如图2所示，在MEK的活性空腔中，Phe129、Met143、Ile141、Leu115、Leu215、Ile216和Met219七个氨基酸残基的疏水侧链都能和U0126形成疏水作用，使得两个疏水基团相互靠拢，从而使U0126与MEK能够更加紧密的结合。另外MEK与U0126之间形成三条氢键，分别是U0126的氮原子(N4)与Asp208的氧原子(O)形成的氢键，还有U0126的氮原子(N3)分别与Phe209的氧原子(O)和Phe209的氮原子(N)形成的氢键，通过这三条氢键，使得MEK与U0126的结合更加稳定。
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图2 U0126与MEK活性空腔氨基酸残基间相互作用平面示意图 2.3 氢键 氢键是底物识别以及维系蛋白质与配体分子稳定性的重要作用力。通过Gromacs程序对MEK与U0126之间形成的氢键进行分析，判断氢键采用的几何判据为：氢—供体—受体夹角不大于30°，供体—受体之间的距离不大于0.3500 nm。 通过对模拟轨迹的分析，抑制剂U0126与MEK在8 ns～10 ns的模拟过程中可形成稳定氢键的供体与受体共有三对（见图3），分别为U0126中的氮原子（N1）与Ser212中的氮原子（N）形成的氢键，Asp208中的氧原子（O）与U0126的氮原子（N4）形成的氢键，U0126中的氮原子（N3）和Phe209中的氮原子（N）形成的氢键[7]。 图3 配体—受体氢键作用图 分别对这三条键的键长(R)、键角(α)随时间变化进行了分析，如图4所示。 图4 (1) 键长(R)随时间变化图 (2) 键角(α)随时间变化图 根据图4(1)，Ser212中氮原子(N)与U0126中氮原子(N1)之间的平均距离为0.3200 nm，距离不大于0.3500 nm的概率为93.4%；U0126中氮原子(N4)与Asp208氧原子(0)之间的平均距离为0.4100 nm，不大于0.3500 nm的概率为35.40%；Phe209中氮原子(N)与U0126中氮原子(N3)之间的平均距离为0.3200 nm，不大于0.3500 nm的概率为92.10%。根据图4(2)，键角N—HN…N1的平均值为15.62°，键角不大于30°的概率为95.00%；键角N4—H4…O的平均值为30.59°，键角不大于30.00°的概率为48.10%；键角N—HN…N3的平均值为49.92°，键角不大于30.00°的概率为1。