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

引用本文: 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. doi: 10.3866/PKU.WHXB201702211 shu
Citation:  LI Ai-Jing,  XIE Wei,  WANG Ming,  XU Si-Chuan. Molecular Dynamics of Dopamine to Transmit through Molecular Channels within D3R[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2017, 33(5): 927-940. doi: 10.3866/PKU.WHXB201702211 shu

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

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21163024,21563032)资助项目

摘要: 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。

English

    1. [1]

      Carlsson, A.; Waters, N.; Waters, S.; Carlsson, M. L. Brain Res. 2000, 31, 342. doi: 10.1016/S0165-0173(99)00050-8

    2. [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. [3]

      Suri, R. E.; Bargas, J.; Arbib, M. A. Neuroscience 2001, 103, 65. doi: 10.1016/S0306-4522(00)00554-6

    4. [4]

      Salum, C.; Roque, S. A.; Pickering, A. Neurocomputing 1999, 2627, 845. doi: 10.1016/S0925-2312(98)00129-5

    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. [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. [7]

      Kebabian, J.W.; Calne, D. B. Nature 1979, 277 (5692), 93.doi: 10.1038/277093a0

    8. [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. [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. [10]

      Sokoloff, P.; Giros, B.; Martres, M. P.; Bouthenet, M. L.; Schwartz, J. C. Nature 1990, 347, 146. doi: 10.1038/347146a0

    11. [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. [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. [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. [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. [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. [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. [17]

      Janosi, L.; Gorfe, A. A. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 3267.doi: 10.1021/ct100381g

    18. [18]

      Su, Z. Y.; Wang, Y. T. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 796.doi: 10.1021/jp107599v

    19. [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. [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. [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. [22]

      Payandeh, J.; Gamal El-Din, T. M.; Scheuer, T.; Zheng, N.; Catterall, W. A. Nature 2012, 486, 135. doi: 10.1038/nature11077

    23. [23]

      Jönsson, P.; Jonsson, M. P.; Höök, F. Nano Lett. 2010, 10, 1900.doi: 10.1021/nl100779k

    24. [24]

      Marrink, S. J.; Lindahl, E.; Edholm, O.; Mark, A. E. J. Am.Chem. Soc. 2001, 123, 8638. doi: 10.1021/ja0159618

    25. [25]

      Miyamoto, S.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 1992, 13, 952.doi: 10.1002/jcc.540130805

    26. [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. [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. [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. [29]

      Humphrey, W.; Dalke, A.; Schulten, K. J. Mol. Graph. Model. 1996, 14, 33. doi: 10.1016/0263-7855(96)00018-5

    30. [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. [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. [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. [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. [34]

      Hess, B.; Kutzner, C.; van der Spoel, D.; Lindahl, E. J. Chem.Theory Comput. 2008, 4, 435. doi: 10.1021/ct700301q

    35. [35]

      Wang, M.; Xie, W.; Li, A. J.; Xu, S. C. Chirality 2016, 28 (10), 674-685. doi: 10.1002/chir.22630

    36. [36]

      Xie, W.; Wang, M.; Li, A J.; Xu, S. C. J. Biomol. Struct. Dyn. 2016, doi: 10.1080/07391102.2016.1190947

    37. [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. [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. [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. [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. [41]

      Hub, J. S.; de Groot, B. L.; van der Spoel, D. J. Chem. TheoryComput. 2010, 6, 3713. doi: 10.1021/ct100494z

    42. [42]

      Marrink, S. J.; Berendsen, H. J. C. J. Phys. Chem. 1994, 98, 4155. doi: 10.1021/j100066a040

    43. [43]

      Marrink, S. J.; Jaehnig, F.; Berendsen, H. J. C. Biophys. J. 1996, 71, 632. doi: 10.1016/S0006-3495(96)79264-0

    44. [44]

      Zahn, D.; Brickmann, J. Chem. Phys. Lett. 2002, 352, 441.doi: 10.1016/S0009-2614(01)01437-3

    45. [45]

      Bemporad, D.; Essex, J.W.; Luttmann, C. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 4875. doi: 10.1021/jp035260s

    46. [46]

      Shinoda, W.; Mikami, M.; Baba, T.; Hato, M. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 9346. doi: 10.1021/jp035998+

    47. [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. [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. [49]

      Jansen, M.; Blume, A. Biophys. J. 1995, 68, 997. doi: 10.1016/S0006-3495(95)80275-4

    50. [50]

      Andrasko, J.; Forsén, S. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1974, 60, 813. doi: 10.1016/0006-291X(74)90313-1

    51. [51]

      Graziani, Y.; Livne, A. J. Membr. Biol. 1972, 7, 275.doi: 10.1007/BF01867920

    52. [52]

      Khavrutskii, I. V.; Gorfe, A. A.; Lu, B.; McCammon, J. A. J.Am. Chem. Soc. 2009, 131, 1706. doi: 10.1021/ja8081704

    53. [53]

      Papahadjopoulos, D.; Nir, S.; Ohki, S. Biochim. Biophys. Acta 1972, 266, 561. doi: 10.1016/0005-2736(72)90354-9920

    54. [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. [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. [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

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  4
  • 文章访问数:  397
  • HTML全文浏览量:  56
文章相关
  • 发布日期:  2017-02-21
  • 收稿日期:  2016-10-19
  • 修回日期:  2017-02-21
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章