论文部分内容阅读
乙酰辅酶A羧化酶(Acetyl-CoA carboxylase,ACCase)是重要的除草剂靶标之一。目前靶向ACCase已成功开发了芳氧苯氧丙酸酯(Aryloxyphenoxypropionates,APP)、环己二酮(Cyclohexanediones,CHD)和唑啉草酯(Phenylpyrazoline,DEN)三类除草剂。据农药抗性委员会数据显示,ACCase对APP和CHD的抗性尤为严重,因此开发新型抑制剂的任务已迫在眉睫。基于此,我们采用拉伸动力学模拟(steered molecular dynamics,SMD)方法,研究 diclofop(禾草灵,APP 类抑制剂)和tepraloxydim(吡草酮,CHD类抑制剂)与靶标的动态解离过程,为反抗性的抑制剂设计提供理论基础。研究结果显示,diclofop和tepraloxydim在ACCase中的结合位点不完全相同,二者的解离通道存在着明显的差异。二者从靶标解离的PMF(potential of mean force)分别为 70 kcal/mol(diclofop)和 22 kcal/mol(tepraloxydim),其大小排序与各自的酶水平抑制活性大小一致(diclofop IC50=0.1 μmol/L,tepraloxydim IC50=1.6μmol/L),进一步证实了我们方法的正确性。在diclofop的解离过程中,1)其化学结构式中的羧基氧原子与Ala1627、Ilel735之间形成的氢键不仅对diclofop在受体蛋白的稳定结合至关重要,而且对阻止其从结合位点上解离也有重要意义;2)甲基基团在配体解离过程中与Leu1705、Leu2025’形成疏水相互作用,阻碍配体解离进程。因此我们建议将该基团改造为其他疏水性基团,但要注意基团不可过大以免引起空间位阻妨碍配体结合;3)Thr1757在diclofop解离过程中与其形成氢键相互作用,阻碍配体解离。对于tepraloxydim的解离,1)tepraloxydim与Ala1627、Ile1735形成的氢键作用对配体稳定结合和阻止配体解离都至关重要;2)tepraloxydim 乙基基团与 Ile1629、Leu2024’、Leu2025’和 Ile2033’等残基形成疏水作用阻碍配体解离,在分子设计中我们建议对这一部分进行疏水基团修饰;3)Gly1758、Thrl757在tepraloxydim解离过程中与其形成瞬时氢键作用,对延缓配体解离起积极作用。氟噻挫吡乙酮(oxathiapiprolin)作为第一个卵菌氧化固醇结合蛋白(oxysterol binding protein,OSBP)抑制剂取得了成功,这是杀菌剂发现历史上的一个重要里程碑,使得基于氟噻唑乙酮结构改造的研究成为新农药发现的热点。但是氟噻唑吡乙酮对卵菌OSBP的作用机制尚不清楚,且一些致病性卵菌对其产生了中高抗性。因此研究氟噻唑吡乙酮与靶标的结合模式对于药物设计和反抗性药物设计具有重要意义。本文通过同源模建建立了辣椒疫霉(P.capsici)OSBP的三维结构,通过分子对接、分子动力学模拟、MM/PBSA计算等方法系统的研究了氟噻唑吡乙酮的作用机制。结果表明,氟噻唑吡乙酮与pcOSBP结合时,含有吡唑的部分插入活性腔底部,氟噻唑吡乙酮与Ser69、Leu73、Lys74和一些水分子形成氢键,随后,基于此作用模式,通过取代基优化获得了高活性化合物1e,该化合物对野生型和抗性辣椒疫霉菌株都有很好的抑制作用,最为重要的是该化合物对抗性菌株(G140W)的抗性比率小于1,分子模拟结果显示,该化合物与突变型pcOSBP结合时与Gln72形成了氢键,其丁烯基片段与Trp140形成疏水相互作用,Ser69、Gln72、Leu73、Lys74、Leu164、Arg174和Val176等关键残基对结合能的贡献增加,使得1e分子与突变型pcOSBP的结合能(-30.96 kcal/mol)和野生型pcOSBP的结合能(-30.57 kcal/mol)相差不大。此项工作对于以OSBP为靶标的杀菌剂开发具有指导意义。