药物进入生物体内,需要经历一系列处置过程,如吸收、分布、代谢和排泄(absorption, distribution, metabolism and excretion, ADME)。其中细胞色素P450酶是最大的药物代谢酶超家族之一,对外源物的代谢、激活,以及内源物的生物合成、代谢皆具有重要的作用。目前,临床使用的药物70%以上由P450酶参与代谢。鉴于P450酶在代谢以及解毒等方面的重要作用,一直以来都是人们研究的热点。此外,当药物进入血液中,可与血浆蛋白不同程度地可逆结合,游离型药物可到达靶器官并发挥药理作用,而已与血浆蛋白结合的药物难以通过毛细血管壁,无药理活性。因此,探讨药物与血浆蛋白的结合特征,对于指导临床用药以及新药开发具有非常重要的意义。然而,由于P450酶代谢以及血浆蛋白结合的某些特性,使得药物的这些处置过程变得更加复杂：如很多P450酶对底物的代谢具有协同性,可引起严重的药物-药物相互作用；而P450酶的多态性是影响药物作用个体差异最重要的因素之一,常常引发不良反应；此外,手性药物的立体选择性结合可导致其药效学和药物动力学上的差异,影响治疗作用甚至产生毒副反应。这些特性极大地影响了临床用药安全,因此深入理解这些问题的潜在机理对于开发安全、有效的药物具有非常重要的意义。此外,某些P450酶的多态性还和肿瘤的易感性相关。近年来,随着计算机水平的提高以及理论知识的丰富,分子对接、分子动力学和自由能计算等分子模拟技术已成为研究蛋白质受体与其配体相互作用及其动态过程的重要手段。本论文中,我们将采用分子模拟的方法对P450酶的底物协同性、P450酶的多态性以及手性药物的血浆蛋白立体选择性结合这三类重要问题进行深入探讨：第一部分,选择CYP3A4和睾酮作为研究对象,探讨协同性代谢的机理；第二部分,选择CYP2A13*2、*5.*6、*8和*9这几个突变体探讨其多态性带来的功能变化；第三部分,选择普罗帕酮和美西律作为手性药物,探讨两者与a 1-AGP的立体选择性结合机理。1. CYP3A4代谢睾酮的协同性机理研究我们分别对CYP3A4结合一分子睾酮以及两分子睾酮时的情况进行分子模拟,从代谢位点、氢键、能量、以及构象变化等方面详细探讨了CYP3A4代谢睾酮的协同性机理。我们发现,在效应物睾酮的作用下,活性睾酮的氢键网络发生了较大的变化,结合模式也发生了改变,代谢位点与血红素铁原子之间的距离更加接近且稳定,结合自由能降低,因此效应物睾酮对活性睾酮的代谢具有促进作用。通过残基能量分解,我们还分析了对协同性具有重要作用的氨基酸残基,与突变实验显示的重要残基一致。此外,协同性还引起了一些α螺旋结构不同程度的偏移,因此还存在变构效应。2. CYP2A13*2.*5.*6.*8和*9的分子模拟研究采用分子模拟的方法考察了CYP2A13*2、*5、*6、*8和*9的功能变化。我们发现几个突变体中突变位点的氢键网络发生了很大变化,直接导致了相关二级结构的构象变化,并有可能直接或间接地通过如下方面影响突变体的代谢功能：如底物离出通道、底物识别位点以及与还原酶的结合。此外,我们还分析了这些突变体对香豆素代谢的影响。结果显示,这些突变残基并不会直接影响香豆素在活性中心的结合模式以及结合自由能,这与其它研究组发现这几个突变体对香豆素代谢Km值与野生型相比无显著性差异的结果一致。此外,突变体中铁与代谢位点距离变近有可能是香豆素几个突变体Vmax值大于野生型的原因。至于这些突变体对其它底物的影响,还需要进一步地研究。3.手性药物与α1-AGP立体选择性结合的分子模拟研究采用分子模拟的方法,从原子水平阐述了普罗帕酮、美西律与AGP立体选择性结合的机理。首先,我们通过自由能计算比较了普罗帕酮和美西律之间,以及各自对映体之间的结合能差异,与实验结果得到的趋势基本一致。两者与AGP的结合皆主要通过范德华力相互作用,且立体选择性差异也主要来自于范德华能的差异。此外,我们还分析了各个对映体的结合模式,以及与立体选择性相关的重要残基。残基能量分解显示,Arg90和Ser89对普罗帕酮和美西律皆具有较大的能量贡献,且对不同对映体间的差异也很明显,提示这两个残基与AGP对手性药物的立体选择性结合非常相关。通过对这些立体选择性蛋白结合机理性的研究,为以后药物研发中更好地预测手性药物与血浆蛋白AGP的结合提供了重要的理论基础。