除草剂与PPO的相互作用研究及新型PPO抑制剂的分子设计

原卟啉原氧化酶是一个具有重要农学和医学意义的生物靶标。以原卟啉原氧化酶为靶的除草剂涉及十多种结构类型，它们都是通过模拟天然底物原卟啉原IX的部分结构而竞争性地与原卟啉原氧化酶进行结合，但这些不同结构类型的抑制剂模拟底物原卟啉原IX的详细分子机制并不清楚，目前，还没有同时模拟底物原卟啉原IX四个吡咯环的抑制剂分子报道。因此，研究不同结构类型除草剂分子与原卟啉原氧化酶之间的相互作用是一项具有十分重要意义的研究课题。本项目中我们拟通过现代分子生物学技术与分子模拟技术来确定不同结构类型的商品化除草剂分子与原卟啉原氧化酶的相互作用机制，从而确定对除草剂结合起关键作用的氨基酸残基。在此基础上，开展基于结构的合理分子设计，设计合成能同时模拟底物原卟啉原IX的四个吡咯环的抑制剂分子。为进一步研究原卟啉原氧化酶生物功能提供分子探针，同时为开发高效除草剂奠定基础。

本项目基本上按计划进行。本项目以人源PPO酶的晶体结构为初始结构，采用分子对接和分子动力学方法系统研究五种不同结构类型商品化抑制剂与PPO酶的结合模式，发现大部分抑制剂与PPO相互作用时，都与高度保守的Arg97形成了强的氢键作用，同时与Met368形成疏水作用，由R59, M368, G169, V347, L334, F331, R97七种氨基酸残疾及FAD组成的结合口袋对抑制剂与PPO酶的结合起关键作用。通过分子模拟，研究了不同抑制剂的构效关系。构建了野生型和突变型原烟草卟啉原氧化酶的基因重组表达体系，成功获得了八个突变体：L356A，L356T，L356F，L356H，L356W，F353A，F353T，F353H，通过酶动力学计算模拟的方法从结构上对突变体活性差异原因进行了探讨。成功构建了烟草PPO酶测活体系，获得不同抑制剂分子与PPO酶相互作用的抑制常数（ki值）。设计了几种结构类型的新型抑制剂分子，成功的发现了一批具有很高除草活性的新型PPO抑制剂分子。本项目在国际SCI期刊 Journal of Agricutral and Food Chemistry，Bioorganic & Medicinal Chemistry，Chem. Biol.Drug Des.等上发表论文8篇。