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γ-氨基丁酸受体(γ-aminobutyricacidreceptor,GABAR)是哺乳动物中枢神经系统内最主要的抑制性神经递质受体,是多种农药如氟虫腈、阿维菌素等的作用靶标,同时又与多种人类的精神类疾病相关,是目前农药和医药领域研究的热点。因此,对GABAR的结构信息及其与配体间相互作用的研究十分重要,但一直没能得到GABAR晶体结构的相关报道。本论文通过计算机模拟方法,对GABA的a型受体(GABAaR)的结构及其与配体作用方式进行了探索研究。
本论文主要工作包括:1)利用同源建模的方法,以乙酰胆碱结合蛋白(AChBP)为模板构建了大鼠的GABAaR和其突变模型,并计算其和GABA间相互作用的结合自由能,研究重要氨基酸突变对生物活性的影响。发现氨基酸的突变可能会影响受体和配体间的阳离子-π作用,如β97Tyr的突变,受体和配体间的结合自由能量会随着氟原子的增加而变大;也有可能改变配体和受体间的氢键作用,如β157Tyr和β205Tyr的突变,会使得突变后的氨基酸不再适合做氢键受体,从而影响配体和受体的结合。
2)利用同源建模的方法,以烟碱型乙酰胆碱受体蛋白(nAChR)为模板构建了人的β3同源五聚体通道模型。利用该模型对实验室新合成的一系列氟腈衍生物进行了分子对接,发现3个配体的对接能量较低,与实验测得的生物活性相符合。
本论文的创新点在于使用计算化学的方法获得了GABA的突变受体,第一次在对重要氨基酸进行突变时引入了氟原子取代,形成了自然界中不存在的超天然氨基酸;同时从阳离子-π相互作用的角度解释了GABAR突变对配体结合活性的影响,从分子水平上解释了生物活性随着突变氨基酸不同而改变的原因。