典型环境PBDE酶促代谢及其构效关系研究

PBDEs作为一种阻燃剂得到广泛应用，有多种异构体或同族体，但在生物圈中BDE47和BDE99的含量最高。研究发现PBDEs的羟基化转化产物同样都具有很强的毒性，引起了人们的广泛关注。本研究以BDE47和BDE99为对象，以细胞色素P450进行酶促羟基化转化实验，测定转化的酶活性数据；以三维构效方法模拟P450酶系不同特征酶活性位点残基的转化PBDEs能力，从分子水平探究PBDEs转化的分子机制；以3D-QSAR方法模拟P450的三维空间结构，建立酶活性位点－化合物相互作用的模型，对PBDEs的转化进行预测和评价；采用二维描述符表征PBDEs分子结构，建立分子结构与转化能力的定量关系，为从分子结构上解析P450对其转化的性能提供有用的信息。从而揭示PBDEs代谢产物对生物体的可能毒理机制；为PBDEs污染防治提供理论指导和实践经验。

本课题在原有的研究基础上完善了基于变量相互作用的变量筛选方法，开发了通用变量筛选与建模程序GVSMP、自动优化支持向量机建模参数的软件和从Gaussian 09计算结果中提取量子化学参数的Molcular Descriptor Calculator软件，然后进行应用研究。利用分子对接研究细胞色素P450酶与三种代表性的环境污染物BDE-47、BDE-99和BDE-153的相互作用情况。根据九种P450同工酶与PBDEs的分子对接结果，发现对接得分与同工酶活性位点体积的大小有关。PBDEs同源物之间的对接得分差异较小，均是通过疏水作用和π-π堆积作用与同工酶进行结合。利用分子动力学模拟研究CYP3A4与BDE-47、BDE-99和BDE-153的动力学情况。经过10 ns的MD模拟发现经过4ns之后系统基本达到平衡，CYP3A4-PBDEs复合物和未配位的CYP3A4蛋白质结构变化较小，而PBDEs小分子经历了比较明显的构象变化。PBDEs的结合导致CYP3A4二级结构和残基柔性发生一定的变化。利用密度泛函理论（DFT）方法研究了细胞色素酶活性中间体（Cpd I）与BDE-99的反应。研究表明Cpd I进攻BDE-99不同位点所进行的反应类型不一样，电子转移情况也存在差异。Cpd I进攻碳原子主要形成正四面体中间体，随后形成环氧化物。环氧化物的开环反应可进一步生成羟基化产物5'-OH-BDE99、4'-OH-BDE101和2,4,5-三溴苯酚。Cpd I与Br取代的4'-C的反应能垒比无取代的5'-C能垒高，4'-C在Cpd I的进攻下形成环己二烯酮。Cpd I与BDE-99的加成是速率决定步骤。理论研究到的结果与文献实验相吻合。