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ISSN 1000-6818CN 11-1892/O6CODEN WHXUEU
物理化学学报 >> 2017,Vol.33>> Issue(5)>> 927-940     doi: 10.3866/PKU.WHXB201702211         English Abstract
多巴胺在其第三受体蛋白结构中的分子通道上传输动力学
李爱静, 谢炜, 王明, 徐四川
云南大学化学科学与工程·药学学院, 自然资源药物化学教育部重点实验室, 昆明 650091
Full text: PDF (2432KB) 输出: BibTeX | EndNote (RIS)

本文基于多巴胺与其第三受体复合蛋白(D3R)结构,采用分子动力学技术Gromacs 4.5 程序中的伞形样本方法,研究多巴胺在多巴胺第三受体蛋白结构中的运动轨迹及其过程中自由能变化,探讨多巴胺在其分子通道上传输运动机制动力学。分子模拟表明,处在发挥神经递质作用部位的多巴胺,通过D3R结构中的功能分子通道沿着y+轴朝细胞外方向传输运动的自由能变化数值为134.6 kJ·mol-1,沿着y-轴朝细胞内传输运动的自由能变化为211.5 kJ·mol-1。在D3R结构中,多巴胺沿着x+、x-、z+、z-轴朝细胞双层膜方向传输运动的自由能变化分别为65.8、245.0、551.4、172.8 kJ·mol-1,数值说明DOP更容易沿着x+轴方向从TM5(第五跨膜螺旋)与TM6(第六跨膜螺旋)缝隙之间离开D3R内部结构。处在细胞间隙空间的自由多巴胺,在等温等压条件下沿着逆y+轴方向通过多巴胺第三受体内功能分子通道,到达发挥神经递质作用的部位是一个自发过程,因为在该轨迹上多巴胺分子与受体相互作用是一个负自由能变化(-134.6 kJ·mol-1)。所以,多巴胺与多巴胺受体很容易相互结合,发挥神经递质作用。发挥了神经递质功能作用的多巴胺分子,沿着x+轴方向的保护分子通道从TM5 与TM6 缝隙之间离开D3R内部结构,避免过度发挥多巴胺神经递质功能作用。根据多巴胺功能和保护分子通道观点,我们提出帕金森病新病理和精神分裂症新病理。论文还探讨多巴胺分子通道理论及其新病理应用于治疗控制这两种病症及其相关药物研究开发。



关键词: 多巴胺   多巴胺受体   分子通道   分子模拟   帕金森病   精神分裂症  
收稿日期 2016-10-19 修回日期 2017-02-21 网出版日期 2017-02-21
通讯作者: 徐四川 Email: sichuan@ynu.edu.cn

基金资助: 国家自然科学基金(21163024,21563032)资助项目

引用文本: 李爱静, 谢炜, 王明, 徐四川. 多巴胺在其第三受体蛋白结构中的分子通道上传输动力学[J]. 物理化学学报, 2017,33(5): 927-940.
LI Ai-Jing, XIE Wei, WANG Ming, XU Si-Chuan. Molecular Dynamics of Dopamine to Transmit through Molecular Channels within D3R[J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2017, 33(5): 927-940.    doi: 10.3866/PKU.WHXB201702211

(1) Carlsson, A.; Waters, N.; Waters, S.; Carlsson, M. L. Brain Res. 2000, 31, 342. doi: 10.1016/S0165-0173(99)00050-8
(2) Li, F.; Shu, S. Y.; Bao, X. M. Neurosci. Bull. 2003, 19 (6), 405.[李凡, 舒斯云, 包新民. 神经科学通报, 2003, 19 (6), 405.]
(3) Suri, R. E.; Bargas, J.; Arbib, M. A. Neuroscience 2001, 103, 65. doi: 10.1016/S0306-4522(00)00554-6
(4) Salum, C.; Roque, S. A.; Pickering, A. Neurocomputing 1999, 2627, 845. doi: 10.1016/S0925-2312(98)00129-5
(5) Bian, F. Y.; Shi, G. J.; Chi, S. M.; Xu, S. C. The PerspectiveInsight into the Pathology of Parkinsonism Using the MolecularChannel Theory of Dopamine inside its Receptor MembraneProtein. Chinese Chemical Society at the Second NationalConference on Bio-physical Chemistry (NCBPC2) and theInternational Forum on Development of Chinese Bio-PhysicalChemistry, Wuhan University, Wuhan, China, Oct 15-18, 2012.
(6) Xu, S. C.; Shi, G. J.; Chi, S. M. The Active Site Residues andthe Molecular Channels for Dopamine within D3R MembraneProtein. The 28thCCS (Chinese Chemical Society) Congress, Sichuan University, Chengdu, China, April 13-16, 2012.
(7) Kebabian, J.W.; Calne, D. B. Nature 1979, 277 (5692), 93.doi: 10.1038/277093a0
(8) Bunzow, J. R.; Van Tol, H. H. M.; Grandy, D. K.; Albert, P.; Salon, J.; Christie, M. Nature 1988, 336, 783. doi: 10.1038/336783a0
(9) Dearry, A.; Gingrich, J. A.; Falardeau, P.; Fremeau, R. T.; Bates, M. D.; Caron, M. G. Nature 1990, 347, 72. doi: 10.1038/347072a0
(10) Sokoloff, P.; Giros, B.; Martres, M. P.; Bouthenet, M. L.; Schwartz, J. C. Nature 1990, 347, 146. doi: 10.1038/347146a0
(11) Van Tol, H. H.; Bunzow, J. R.; Guan, H. C.; Sunahara, R. K.; Seeman, P.; Niznik, H. B.; Civelli, O. Nature 1991, 350, 610.doi: 10.1038/350610a0
(12) Sunahara, R. K.; Guan, H. C.; O'Dowd, B. F.; Seeman, P.; Laurier, L. G.; Ng, G.; George, S. R.; Torchia, J.; Van Tol, H. H.; Niznik, H. B. Nature 1991, 350, 614. doi: 10.1038/350614a0
(13) Chien, E. Y. T.; Liu, W.; Zhao, Q.; Katritch, V.; Han, G.W.; Hanson, M. A.; Shi, L.; Newman, A. H.; Javitch, J. A.; Cherezov, V.; Stevens, R. C. Science 2010, 330, 1091.doi: 10.1126/science.1197410
(14) Jin, Y.; Wang, Y.; Bian, F. Y.; Shi, Q.; Ge, M. F.; Wang, S.; Zhang, X. K.; Xu, S. C. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27 (10), 2432. [金毅, 王悦, 卞富永, 史强, 葛茂发, 王树, 张兴康, 徐四川. 物理化学学报, 2011, 27 (10), 2432.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20111001
(15) Xu, S. C.; Deng, S, R.; Ma, L. Y.; Shi, Q.; Ge, M. F.; Zhang, X.K. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25, 1290. [徐四川, 邓圣荣, 马丽英, 史强, 葛茂发, 张兴康. 物理化学学报, 2009, 25, 1290.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20090701
(16) Hoff, B.; Strandberg, E.; Ulrich, A. S.; Tieleman, D. P.; Posten, C. Biophys. J. 2005, 88, 1818. doi: 10.1529/biophysj.104.052399
(17) Janosi, L.; Gorfe, A. A. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 3267.doi: 10.1021/ct100381g
(18) Su, Z. Y.; Wang, Y. T. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 796.doi: 10.1021/jp107599v
(19) Merlino, A.; Vitiello, G.; Grimaldi, M.; Sica, F.; Busi, E.; Basosi, R.; D'Ursi, A. M.; Fragneto, G.; Paduano, L.; D'Errico, G. J. Phys. Chem. B 2012, 116, 401. doi: 10.1021/jp204781a
(20) Polyansky, A. A.; Volynsky, P. E.; Nolde, D. E.; Arseniev, A. S.; Efremov, R. G. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 15052.doi: 10.1021/jp0510185
(21) Puri, A.; Jang, H.; Yavlovich, A.; Masood, M. A.; Veenstra, T.D.; Luna, C.; Aranda-Espinoza, H.; Nussinov, R.; Blumenthal, R. Langmuir 2011, 27, 15120. doi: 10.1021/la203453x
(22) Payandeh, J.; Gamal El-Din, T. M.; Scheuer, T.; Zheng, N.; Catterall, W. A. Nature 2012, 486, 135. doi: 10.1038/nature11077
(23) Jönsson, P.; Jonsson, M. P.; Höök, F. Nano Lett. 2010, 10, 1900.doi: 10.1021/nl100779k
(24) Marrink, S. J.; Lindahl, E.; Edholm, O.; Mark, A. E. J. Am.Chem. Soc. 2001, 123, 8638. doi: 10.1021/ja0159618
(25) Miyamoto, S.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 1992, 13, 952.doi: 10.1002/jcc.540130805
(26) Berendsen, H. J. C.; van der Spoel, D.; van Drunen, R. Comput.Phys. Commun. 1995, 91, 43. doi: 10.1016/0010-4655(95)00042-E
(27) Van der Spoel, D.; Lindahl, E.; Hess, B.; Groenhof, G.; Mark, A.E.; Berendsen, H. J. C. J. Comput. Chem. 2005, 26, 1701.doi: 10.1002/jcc.20291
(28) Van der Spoel, D.; Lindahl, E.; Hess, B.; van Buuren, A. R.; Apol, E.; Meulenhoff, P. J.; Berendsen, H. J. Gromacs UserManual, version 4.5; www.gromacs.org.
(29) Humphrey, W.; Dalke, A.; Schulten, K. J. Mol. Graph. Model. 1996, 14, 33. doi: 10.1016/0263-7855(96)00018-5
(30) Daura, X.; Mark, A. E.; Van Gunsteren, W. F. J. Comput. Chem. 1998, 19 (5), 535. doi: 10.1002/(SICI)1096-987X(19980415)19:5<535::AID-JCC6>3.0.CO;2-N
(31) Van Gunsteren, W.; Billeter, S.; Eising, A.; Hunenberger, P.; Kruger, P.; Mark, A.; Tironi, I. Biomolecular Simulation: theGromos 96 Manual and User Guide, 1st ed.; HochschulverlagAG an der ETH Zurich: Zurich, Switzerland, 1996.
(32) Bian, F. Y.; Zhang, J.W.; Wang, D.; Xu, S. C. Acta Phys. -Chim.Sin. 2014, 30, 1947. [卞富永, 张继伟, 王丹, 徐四川. 物理化学学报, 2014, 30, 1947.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201408271
(33) Zhang, J.W.; Bian, F. Y.; Shi, G. J.; Xu, S. C. Acta Phys. -Chim.Sin. 2014, 30, 183. [张继伟, 卞富永, 施国军, 徐四川. 物理化学学报, 2014, 30, 183.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201311281
(34) Hess, B.; Kutzner, C.; van der Spoel, D.; Lindahl, E. J. Chem.Theory Comput. 2008, 4, 435. doi: 10.1021/ct700301q
(35) Wang, M.; Xie, W.; Li, A. J.; Xu, S. C. Chirality 2016, 28 (10), 674-685. doi: 10.1002/chir.22630
(36) Xie, W.; Wang, M.; Li, A J.; Xu, S. C. J. Biomol. Struct. Dyn. 2016, doi: 10.1080/07391102.2016.1190947
(37) Xie, W.; Xu, Z. R.; Wang, M.; Xu, S. C. Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32, 907. [谢炜, 徐泽人, 王明, 徐四川. 物理化学学报, 2016, 32, 907.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201601141
(38) Shi, G. J.; Wang, Y.; Jin, Y.; Chi, S. M.; Shi, Q.; Ge, M. F.; Zhang, X. K.; Xu, S. C. J. Biomol. Struct. Dyn. 2012, 30 (5), 559. doi: 10.1080/07391102.2012.687522
(39) Xu, S. C.; Chi, S. M.; Jin, Y.; Shi, Q.; Ge, M. F.; Wang, S.; Zhang, X. K. J. Mole. Model. 2012, 18 (1), 377. doi: 10.1007/s00894-011-1083-7
(40) Chi, S.; Xie, W.; Zhang, J.; Xu, S. C. J. Biomol. Struct. Dyn. 2015, 33 (10), 2234. doi: 10.1080/07391102.2014.999256
(41) Hub, J. S.; de Groot, B. L.; van der Spoel, D. J. Chem. TheoryComput. 2010, 6, 3713. doi: 10.1021/ct100494z
(42) Marrink, S. J.; Berendsen, H. J. C. J. Phys. Chem. 1994, 98, 4155. doi: 10.1021/j100066a040
(43) Marrink, S. J.; Jaehnig, F.; Berendsen, H. J. C. Biophys. J. 1996, 71, 632. doi: 10.1016/S0006-3495(96)79264-0
(44) Zahn, D.; Brickmann, J. Chem. Phys. Lett. 2002, 352, 441.doi: 10.1016/S0009-2614(01)01437-3
(45) Bemporad, D.; Essex, J.W.; Luttmann, C. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 4875. doi: 10.1021/jp035260s
(46) Shinoda, W.; Mikami, M.; Baba, T.; Hato, M. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 9346. doi: 10.1021/jp035998+
(47) Nichols, J.W.; Deamer, D.W. Proc. Nat. Acad. Sci. U. S. A. 1980, 77, 2038. doi: 10.1073/pnas.77.4.2038919
(48) Benga, G.; Pop, V. I.; Popescu, O.; Borza, V. J. Biochem. Bioph.Meth. 1990, 21, 87. doi: 10.1016/0165-022X(90)90057-J
(49) Jansen, M.; Blume, A. Biophys. J. 1995, 68, 997. doi: 10.1016/S0006-3495(95)80275-4
(50) Andrasko, J.; Forsén, S. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1974, 60, 813. doi: 10.1016/0006-291X(74)90313-1
(51) Graziani, Y.; Livne, A. J. Membr. Biol. 1972, 7, 275.doi: 10.1007/BF01867920
(52) Khavrutskii, I. V.; Gorfe, A. A.; Lu, B.; McCammon, J. A. J.Am. Chem. Soc. 2009, 131, 1706. doi: 10.1021/ja8081704
(53) Papahadjopoulos, D.; Nir, S.; Ohki, S. Biochim. Biophys. Acta 1972, 266, 561. doi: 10.1016/0005-2736(72)90354-9920
(54) Boateng, C. A.; Bakare, O. M.; Zhan, J.; Banala, A. K.; Burzynski, C.; Pommier, E.; Keck, T. M.; Donthamsetti, P.Javitch, J. A.; Rais, R.; Slusher, B. S.; Xi, Z. X.; Newman, A. H.J. Med. Chem. 2015, 58, 6195. doi: 10.1021/acs.jmedchem.5b00776
(55) Peelaerts, W.; Bousset, L.; Van der Perren, A.; Moskalyuk, A.; Pulizzi, R.; Giugliano, M.; Van den Haute, C.; Melki, R.; Baekelandt, V. Nature 2005, 522, 340. doi: 10.1038/nature14547
(56) Su, W.; Chen, H. B.; Li, S. H.; Wu, D. Y. Chin. J. Gen. Pract. 2008, 7, 683. [苏闻, 陈海波, 李淑华, 吴冬颖. 中华全科医师杂志, 2008, 7, 683.] doi: 10.3760/cma.j.issn.1671-7368.2008.10.010

1. 刘晓龙, 李晓霞, 韩嵩, 乔显杰, 钟北京, 郭力.RP-3高温氧化初始阶段反应机理的ReaxFF MD模拟[J]. 物理化学学报, 2016,32(6): 1424-1433
2. 谢炜, 徐泽人, 王明, 徐四川.左苯丙胺在多巴胺第三受体分子通道中传输分子动力学模拟[J]. 物理化学学报, 2016,32(4): 907-920
3. 崔大超, 任卫同, 李文飞, 王炜.腺苷酸激酶催化循环后期Mg2+转移的分子动力学模拟[J]. 物理化学学报, 2016,32(2): 429-435
4. 徐诗文, 林东强, 姚善泾.布洛芬与人血白蛋白位点II动态结合过程的分子模拟:一种结合途径分析[J]. 物理化学学报, 2016,32(11): 2811-2818
5. 鲁相, 陈循, 汪亚顺, 谭源源, 高木子源.气体在无定型聚异戊二烯中扩散的分子动力学模拟[J]. 物理化学学报, 2016,32(10): 2523-2530
6. 赵梦尧, 杨雪平, 杨晓宁.石墨烯狭缝受限孔道中水分子的分子动力学模拟[J]. 物理化学学报, 2015,31(8): 1489-1498
7. 杨硕, 徐桂银, 韩金鹏, 邴欢, 窦辉, 张校刚.多巴胺改性聚吡咯衍生掺氮多孔碳材料的制备及其超电容性能[J]. 物理化学学报, 2015,31(4): 685-692
8. 吴选军, 赵鹏, 方继敏, 王杰, 刘保顺, 蔡卫权.新型掺杂多孔芳香骨架材料的储氢性能模拟[J]. 物理化学学报, 2014,30(11): 2043-2054
9. 何文英, 姚小军, 华英杰, 黄国雷, 吴秀丽, 李小宝, 韩长日, 宋小平.考拉维酸对人血清白蛋白结构的影响[J]. 物理化学学报, 2014,30(11): 2142-2148
10. 卞富永, 张继伟, 王丹, 徐四川.甲基多巴透过POPC磷脂双层膜过程的分子动力学模拟[J]. 物理化学学报, 2014,30(10): 1947-1956
11. 张继伟, 卞富永, 施国军, 徐四川.多巴胺在POPC磷脂双层膜中扩散和透过过程的分子动力学模拟[J]. 物理化学学报, 2014,30(1): 183-193
12. 刘媛, 龙梅, 谢孟峡.白杨素与不同构型人血清白蛋白的作用机制[J]. 物理化学学报, 2013,29(12): 2647-2654
13. 黄永棋, 康雪, 夏斌, 刘志荣.Mpro-C蛋白三维结构域交换的机理: 来自分子模拟的线索[J]. 物理化学学报, 2012,28(10): 2411-2417
14. 梅拥军, 韩一秀, 周洪, 姚林, 江波.疏水缔合聚丙烯酸与蠕虫状胶束的协同作用[J]. 物理化学学报, 2012,28(07): 1751-1756
15. 孙德林, 周健.耗散粒子动力学模拟Nafion膜和PVA/Nafion共混膜的介观结构[J]. 物理化学学报, 2012,28(04): 909-916
16. 苗延霖, 孙淮, 王琳, 孙迎新.含羧酸镁(钙)官能团的多孔芳香骨架材料储氢性能的预测[J]. 物理化学学报, 2012,28(03): 547-554
17. 詹卫伸, 潘石, 王乔, 李宏, 张毅.有机染料D-SS和D-ST用于染料敏化太阳能电池光敏剂的比较[J]. 物理化学学报, 2012,28(01): 78-84
18. 靖波, 张健, 吕鑫, 朱玥珺, 张凤久, 姜伟, 谭业邦.Triton X-100/甲苯/水三元体系界面张力的耗散颗粒动力学模拟[J]. 物理化学学报, 2011,27(01): 65-70
19. 穆韡, 刘大欢, 阳庆元, 仲崇立.金属-有机骨架材料中吸附气体的扩散速率[J]. 物理化学学报, 2010,26(06): 1657-1663
20. 何湘伟, 龙海涛, 袁谷, 徐筱杰, 周亚伟.电喷雾质谱法研究天然产物小分子识别人类端粒G-四链体及复合物的热稳定性[J]. 物理化学学报, 2010,26(04): 1082-1086
21. 王伟彬, 银建中, 孙丽华, 冯恩民.CO2/离子液体体系热力学性质的分子动力学模拟[J]. 物理化学学报, 2009,25(11): 2291-2295
22. 杨逸群, 易成林, 王益华, 江金强, 刘晓亚.交替共聚物P(St-alt-Ma-Dopa)的自组装及乳化性能[J]. 物理化学学报, 2009,25(11): 2225-2231
23. 施介华, 肖科科, 吕园园.α-氯丙酸乙酯对映体与β-环糊精的主客体相互作用[J]. 物理化学学报, 2009,25(07): 1273-1278
24. 陶长贵, 冯海军, 周健, 吕玲红, 陆小华.氧气在聚丙烯内吸附和扩散的分子模拟[J]. 物理化学学报, 2009,25(07): 1373-1378
25. 王丽娟 刘够生 宋兴福 于建国.十二烷基吗啉选择性吸附氯化钠的分子模拟[J]. 物理化学学报, 2009,25(05): 963-969
26. 邵庆 吕玲红 陆小华 魏明杰 朱育丹 沈文枫.纳米受限下溶质水化结构的分子模拟[J]. 物理化学学报, 2009,25(03): 583-589
27. 李晓锋;赵立峰;孙淮.GEMC和GDI方法计算流体气液相平衡的比较[J]. 物理化学学报, 2008,24(10): 1824-1830
28. 陈玉平;吕玲红;邵庆;黄亮亮;陆小华.烷烃在丝光沸石型分子筛中吸附和扩散行为[J]. 物理化学学报, 2007,23(06): 905-910
29. 曾勇平;居沈贵;邢卫红;陈长林.分子模拟噻吩、苯、正己烷混合物在MFI和MOR中的吸附行为[J]. 物理化学学报, 2007,23(03): 343-348
30. 马伟;孙登明.聚L-苏氨酸修饰电极对多巴胺和肾上腺素的电催化氧化[J]. 物理化学学报, 2007,23(03): 332-336
31. 刘永明;李桂芝;宋万坤;王进军.盐酸拓扑替康与人血清白蛋白的相互作用及分子模拟[J]. 物理化学学报, 2006,22(12): 1456-1459
32. 郭向丹;黄世萍;滕加伟;谢在库.水在NanZSM-5型分子筛中吸附的研究: 分子模拟[J]. 物理化学学报, 2006,22(03): 270-274
33. 庄文昌;陈晓;杨春杰;王庐岩;柴永存.小角X射线散射表征AOT/水层状溶致液晶的有序性[J]. 物理化学学报, 2005,21(09): 1055-1058
34. 杨兵;张海全;许海;郑岩;于景生;马於光;沈家骢.间位聚苯及其衍生物的构象与电子结构的理论研究[J]. 物理化学学报, 2004,20(12): 1476-1480
35. 刘洁翔;董梅;秦张峰;王建国.AlPO4-5分子筛中二氯苯吸附的分子模拟[J]. 物理化学学报, 2004,20(07): 696-700
36. 周健;朱宇;汪文川;陆小华;王延儒;时钧.超临界NaCl水溶液的分子动力学模拟[J]. 物理化学学报, 2002,18(03): 207-212
37. 周健;汪文川.Gibbs系综Monte Carlo模拟甲烷的吸附平衡[J]. 物理化学学报, 2001,17(08): 723-727
38. 石磊, 张小岗, 张喜丰, 杨冠英, 韩布兴, 闫海科.混合超临界流体的密度及分子间相互作用[J]. 物理化学学报, 2000,16(01): 31-35
39. 周健, 陆小华, 王延儒, 时钧.超临界水的分子动力学模拟[J]. 物理化学学报, 1999,15(11): 1017-1022
40. 吴雄武;时钧.流体熵相关性质的Monte Carlo模拟新方法[J]. 物理化学学报, 1993,9(06): 740-745
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