文献综述
将反应物从周围的蛋白质运送到活性位点或通过预先形成在单一蛋白质内的多个催化中心之间蛋白质隧道。许多酶包括氧化还原酶[1–4]脂氧合酶(LOX)形成a异构家族的脂肪酸双加氧酶[5-7],具有涉及细胞分化,但也起重要作用于许多主要疾病如炎症,癌症的发病机制和动脉硬化[8-13]。LOX基因广泛分布在动物体内植物,但它们也存在于藻类,真菌,原生动物和后生动物中[14]。它们也被发现于细菌中[15],但在这个王国的陆地生活,它们的分布副范围低得多[14]。
一般来说,LOX反应由四个基本步骤组成[5]并且反应级联由立体选择性氢引发从脂肪酸底物的双烯丙基亚甲基取代。这个初始元素反应通过耦合质子电子进行隧道,并导致碳中心脂肪的形成酸根。不同的LOX-异构体表现出不同的反应特异性[4-6],但是大多数哺乳动物LOX-同种型作为S-LOX起作用,即它们将多烯脂肪酸转化为S-构型的氢过氧化物。
涉及大分子的相互作用采用分子对接法。分子对接通过研究两个分子的结合模式,从而找到配体与受体形成复合物时能量最低的构象。目前分子对接的研究包括大分子与小分子对接、大分子与大分子对接。分子对接最初的思想来源于“锁和钥匙”模型,根据几何互补、能量互补和化学环境互补来寻找配体与受体的最佳结合模式[16-17]。另外,还有一个原理称为“诱导契合学说”。该原理认为配体与受体的相互作用是一个平衡的过程,配体与受体的构象能发生相应的改变从而获得最佳的识别效果,以得到最稳定的结构[18]。
刚性对接[19]:受体与配体发生相互作用时不改变它们各自的构象,仅改变它们的位置和姿态。也就是说分子内部运动完全被束缚,仅能整体平移和旋转分子。由于这种对接把分子处理成固定的构型,因此在很大程度上降低了计算量和计算精度。用于大分子与小分子的刚性对接程序有Ligand Fit、Lib Dock等。这些程序能方便快速地将小分子对接到大分子的活性位点上,可用来高通量大规模的虚拟筛选。对于蛋白-蛋白、蛋白-核酸等大分子间的对接采用ZDOCK程序。ZDOCK是一种基于快速傅里叶转化相关性技术的刚性对接算法。这种算法适用于搜索大分子-大分子体系的平动和转动空间[20]。
半柔性对接:在大分子与小分子的对接过程中,只允许小分子的构象在允许的范围内发生变化,但是大分子的构象却被固定而无法改变,或者仅允许大分子的某些残基构象作适当的变化。这种对接方式考虑了计算精度与效率,应用比较广泛。用于半柔性对接的程序有 CDOCKER、DOCK、Auto DOCK 等。其中 CDOCKER 是基于 CHARMm 的力场,采用 soft-core potentials 以及 optionalgrid representation 将配体分子对接到受体分子的活性位点上。
柔性对接:在对接过程中受体与配体的构象均可发生改变以达到最佳结合构型。因此该对接计算精度很高,可以全面和精确的研究分子间的相互作用。但是计算量很大,对计算机硬件要求也很高。
通常情况下对多糖的模拟采用分子力学和分子动力学这两种方法。其中分子力学是对真实势能函数的近似拟合,它基于典型结构参数和作用力采用优化方法寻找能量处于极小值时的分子结构。分子动力学则是在分子力学基础上发展起来的描述分子运动随时间变化的方法。它是通过求解原子的一系列运动方程,得到整个体系在特定时间内的运动轨迹[20]
目前采用牛顿力学的力场方法研究关于分子力学与动力学的模拟。因分子力场是将分子的能量当作构成分子的各个原子的空间坐标函数,因此它可以用来描述分子能量和结构之间关系[21]。不同的分子体系对应不同的分子力场,例如针对各种有机化合物、离子、自由基的 MM 力场[22-23];适用于水、氨基酸、蛋白质的 CVFF 力场等[24]。适用于多糖的分子力场需要考虑糖链的柔性、异头碳和它的分支结构。单糖与单糖之间通过糖苷键相连,单糖相对其它糖单元上的方向取决于糖苷键方向上的扭转角和。另外,多糖的自由度与 C5–C6 omega; 角度有关。综合上述各因素可看出,多糖的分子力场非常复杂。以下介绍几种应用在多糖模拟的常用力场。
脂氧合酶在脂肪酸氧化中具有重要的作用,一直都是研究热点。由于脂氧酶(LOX)的结构中含有非血红素铁,能专一催化各亚油酸以及亚油酸的系列衍生物,对于以后的基因改造实验具有一定指导意义。但是从宏观物质的各种物化性质,到微观的各种原子分子的量子化的性质,过去在实验室中都需要费时费力地借助各实验仪器才能完成,这种不仅需要花费大量前期准备,和后期分析时间才能得出结果的实验,如今直接使用计算机软件和程序,同样也能模拟出相应的实验操作环境和条件,在不断加快实验的进程中,计算机同时也能得出更加精确地数据。
