基于NMR和计算模拟的II相代谢酶UGT代谢机制研究

UGT酶在药物代谢和排毒中起关键作用，是最重要的II相代谢酶。本项目将开展基于NMR和计算模拟的UGT药物代谢作用机理的研究。首先运用HPLC/SPE/NMR/MS进行UGT代谢产物的完全结构解析，确定黄酮类化合物参与葡萄糖醛酸化反应酚羟基的位置，基于此化学信息以及UGT对UDPGA结合起关键作用的氨基酸和催化氨基酸等生物学信息，根据UGT的同源蛋白模型，计算模拟UGT-化合物-UDPGA三位复合物的结构模型，同时运用量子化学从头计算研究反应过渡态，探索UGT代谢酶的作用机制和反应机理，根据复合物模型，开展氨基酸定点突变研究确定UGT酶结合黄酮类化合物的活性作用位点。然后结合基于蛋白和基于配体的药物设计方法，运用化合物的活性构象和理化参数，建立预测效果好的药物分子II相代谢QSAR模型。

UGT酶在药物代谢和排毒中起关键作用，是最重要的II相代谢酶之一。本项目开展基于NMR和计算模拟的UGT药物代谢作用机理的研究。首先运用HPLC/SPE/NMR/MS进行UGT代谢产物的完全结构解析，确定黄酮类化合物参与葡萄糖醛酸化反应酚羟基位点，基于此化学信息以及UGT对UDPGA结合起关键作用的氨基酸和催化氨基酸等生物学信息，根据UGT的同源蛋白模型，计算模拟UGT-化合物-UDPGA三位复合物的结构模型，同时运用量子化学从头计算研究反应过渡态，探索UGT代谢酶的作用机制和反应机理。同时，我们开展了儿茶酚-O-甲基转移酶催化机理及代谢特性研究。儿茶酚-O-甲基转移酶（COMT，EC 2.1.16）在灭活含有儿茶酚结构的神经递质中起到关键性作用。基于COMT的晶体结构，运用分子动力学模拟、QM/MM计算等理论计算方法，对COMT催化的黄酮分子槲皮素和木犀草素甲基化区域选择性进行了探究，并分别从热力学角度和反应动力学角度对蛋白-黄酮相互作用和甲基化反应过程进行了综合的讨论。在本研究中，我们还利用理论计算的方法研究了长链L-α-羟基酸氧化酶催化L-乳酸分子氧化的分子机制。分子动力学模拟表明，L-乳酸与来自晶体结构的LCHAO模型结合时，氢负离子转移机理对应的结合模式可稳定存在，而碳负离子机理结合模式则相反。QM/MM计算得到了催化体系反应物、过渡态、产物结构。量子化学研究显示，LCHAO催化的L-乳酸氧化应遵循氢负离子转移机理，而碳负离子机理则难以进行。此外，对于野生型和Y129F突变型LCHAO进行的分子动力学模拟、结合自由能分析和QM/MM计算结果证实，活性中心关键残基Tyr129并不会影响L-乳酸与LCHAO的亲和性，但其可通过与氢键作用在L-乳酸的催化过程中起着重要的作用。