QM/ABEEM/MM 理论研究人类免疫缺陷病毒蛋白酶结构特性及催化机理

批准号:
21403142
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
丁艳丽
依托单位:
学科分类:
B0302.化学模拟与应用
结题年份:
2017
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
母继荣、王春晖、史丽敏、王运滨、邵婷丽、翟慧强、贾世魁、王聪
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中文摘要
人类免疫缺陷病毒蛋白酶(HIV-1 PR)是艾滋病毒生命循环所必须的病毒编码酶,是抗HIV药物的重要靶位点。HIV治疗上的兴趣在于研究这种酶的机理及结构特性,进而获得这种酶催化机理的本质。众所周知,氢键通常在酶的催化中发挥着关键性的作用。而目前,只有通过QM/MM方法才可能研究这些问题。为了适应这种需求,将量子力学方法与分子力学结合起来,建立并发展适合HIV-1 PR体系的更为精密的量子力学组合原子-键电负性均衡方法融合进分子力场(QM/ABEEM/MM)模型,研究HIV-1PR和抑制剂之间的相互作用行为、结构特性等,主要讨论HIV-1PR体系静电相互作用,探讨氢键网络、分析动力学及热力学性质,讨论化学特性和生物活性等问题。应用QM/ABEEM/MM模型研究HIV-1PR结构特性及其催化水解的分子机理,并为寻找具有高效低毒、药动学特性好的新一代蛋白酶类抑制剂奠定理论基础。
英文摘要
Do you want to know the property and mechanism about HIV-1 PR? We will investigate the above problems in terms of QM/ABEEM/MM method in our project. The enzyme protease from HIV-1 PR is one of the main targets for therapeutic intervention in AIDS. The therapeutical interest of the HIV-1 PR has spurred a number of mechanistic and structural studies directed to the elucidation of the catalytic mechanism of this enzyme. The empirical force field based methods are useful for describing interactions of the catalytic aspartyl pair, but they are not rigorous enough. Approaches based on ab initio quantum mechanics (QM) are rigorous but slow for the studies of macromolecules of biological interest. In order to accelerate QM calculations the hybrid QM/MM method has been developed for the study of enzyme catalysis. Furthermore, it is well known that hydrogen bonds often play a crucial role in enzymatic catalysis. Today such a study is possible only using quantum mechanic/molecular mechanic approaches (QM/MM). To meet this demand, in our project the hybrid QM/ABEEM/MM method will be established for the HIV systems. The interaction and structural character between the HIV-1 PR and substrate will be studied by the QM/ABEEM/MM method. The electrostatic interactions, hydrogen bond network, kinetic and thermodynamic properties, chemical properties and biological activity, etc., of the HIV-1 PR system will be discussed. However, HIV-1 quickly mutates to confer resistance to the administered drugs, leading to failure of the treatment regimen in many cases. So the molecular mechanisms of PR inhibition and activity must be comprehended to develop new strategies to overcome drug resistance. In addition, the hydrolysis mechanism of the HIV-1PR, the optimal reaction channel, the activation energy and other chemical thermodynamic properties will be investigated by the QM/ABEEM/MM method in detail in our project.This work will help to develop a new generation of protease inhibitors with high efficiency, low toxicity, and pharmacokinetic characteristics.
以建立适合人类免疫缺陷病毒蛋白酶(HIV-1 PR)体系的量子力学组合原子-键电负性均衡方法融合进分子力场模型(QM/ABEEM/MM)理论为核心, 开展对人类免疫缺陷病毒蛋白酶(HIV-1 PR)反应机理的系统研究。发展适合人类免疫缺陷病毒蛋白酶(HIV-1 PR)体系的原子-键电负性均衡方法(ABEEM/MM),针对生物分子体系和水溶液体系中的非共价相互作用进行研究,以ABEEM模型处理静电和极化作用为基础,对人类免疫缺陷病毒蛋白酶(HIV-1 PR)体系进行从头算和ABEEM/MM研究。验证ABEEM/MM势能模型的正确性和可转移性,提出并发展了适用于ABEEM理论的一种位点活化方法,及反应过程中活化部分化学键形成和断裂时的电荷分布、局域软度、Fukui函数、全局软度及全局硬度等物理量的计算方法,用于研究人类免疫缺陷病毒蛋白酶(HIV-1 PR)体系的催化水解机理。勤奋地开展研究,在项目相关的概念、方法和理论及其应用的研究上取得了一定的研究成果,并为寻找药动力学特性好的蛋白酶抑制剂奠定理论基础。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.13563/j.cnki.jmolsci.2016.03.005
发表时间:2016
期刊:分子科学学报
影响因子:--
作者:丁艳丽;冮铁臣;母继荣
通讯作者:母继荣
The nonadditivity of stacking interactions in adenine-thymine and guanine-cytosine stacked structures: Study MP2 and SCS-MP2 caculations
腺嘌呤-胸腺嘧啶和鸟嘌呤-胞嘧啶堆叠结构中堆叠相互作用的非加和性:研究 MP2 和 SCS-MP2 计算
DOI:--
发表时间:2015
期刊:J. Theor. Comput. Chem
影响因子:--
作者:Chang-Liang Sun;Fu Ding;Yan-Li Ding;Chang-Sheng Wang
通讯作者:Chang-Sheng Wang
Charge Distributions of Gas-phase SN2 Reactions: ABEEM-σπ Method Compared with Potential Acting on an Electron in a Molecule
气相 SN2 反应的电荷分布:ABEEM-σπ 方法与作用于分子中电子的电势进行比较
DOI:10.1246/cl.150355
发表时间:2015
期刊:
影响因子:--
作者:Yanli Ding;Xiaojin Han;Chang;Ji
通讯作者:Ji
DOI:--
发表时间:2015
期刊:沈阳化工大学学报
影响因子:--
作者:丁艳丽;母继荣;王春晖
通讯作者:王春晖
Investigation of the Markovnikov Regioselectivity Rule in terms of ABEEM-sigma pi Model: A Site Activation Method
根据 ABEEM-sigma pi 模型研究马尔可夫尼科夫区域选择性规则:一种位点激活方法
DOI:10.1246/cl.151192
发表时间:2016
期刊:CHEMISTRY LETTERS
影响因子:1.6
作者:Ding Yan Li;Sun Chang Liang;Gang Tie Chen;Mu Ji Rong;Qian Ping
通讯作者:Qian Ping
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