新型青霉素水解酶NDM-1的分子模拟和核磁共振研究

由于抗生素药物的滥用造成的细菌耐药性已经严重危害到人类的健康，这一情形随着新的细菌灭活酶I型新德里金属-beta-内酰胺酶的发现而进一步加剧。含有它的细菌对青霉素类、头孢菌素类和碳青霉烯类药物具有广泛耐药性，因而引起了国际社会的极大关注。本项目拟结合分子模拟和核磁共振技术研究具体的结构和性能，旨在建立一条理论与实验结合的思路来探索酶的性质。我们首先采用分子模拟方法在已知蛋白质序列的条件下建立起同源性结构，分析其可能的活性中心结构，预测相关金属结合位点信息。同时利用NMR测量同位素标记蛋白质的各种信号，分析它的三维结构，以及配体小分子与酶相互结合的特性。在此基础上，进一步通过分子模拟方法研究它的催化反应机理。我们的研究有可能为有效地抑制剂药物的设计提供可靠的理论和实验参考。

研究生物大分子的结构以及其结合药物小分子的复合物结构，并讨论相关的酶催化反应机理，讨论成键与断键的微观过程仍然是具有挑战性的课题。新德里I型青霉素水解酶(NDM-1)是近年来发现的能够对青霉素类抗生素药物具有广谱作用的酶，迄今仍未有可靠的抑制剂药物报道。为此，我们在过去的几年中尝试利用混合SCC-DFTB/CHARMM方法讨论NDM-1结合ampicillin的复合物结构特征，并研究了相关的催化机理。此外结合核磁共振研究和分子动力学模拟，我们系统地讨论了beta-环糊精分子包合R/S-布洛芬分子以及有机刚性大环分子选择性识别氨基酸的动力学过程。同时我们系统地利用QM/MM方法和分子动力学模拟方法研究了如CBM识别多糖分子的动力学过程，以及岩藻糖苷酶、透明质酸裂解酶以及血管收缩素转化酶等的催化反应机理。