中文摘要：

有机磷化合物主要用于杀虫剂和化学武器。这些神经毒性化合物主要通过对乙酰胆碱酯酶(AChE)不可逆的抑制,使乙酰胆碱在体内蓄积而引起神经系统功能紊乱，严重者可致死。目前临床上主要使用的肟类化合物本身有毒，且对AChE的重活化率较低，因此开发安全高效的有机磷化合物解毒剂非常必要。丁酰胆碱酯酶(BChE)是潜在的、安全的有机磷化合物解毒剂，但解毒效率很低。本项目以研究BChE催化水解几个具有代表性的有机磷化合物的基本反应机理为切入点，利用QM/MM-FE这个研究酶催化反应机理最有力的计算工具，得到反应的能量最优反应途径和自由能曲线，确定决速步骤，解释有机磷化合物的结构同过渡态稳定性之间的关系，总结BChE被抑制以后难以重活化的一般性规律。在深刻理解基本反应机理的基础上，分析能加速酶催化反应的关键因素，以稳定决速步骤的过渡态为设计方向，合理设计具有较高活性的BChE突变酶作为有机磷化合物的解毒剂。

结论摘要：

本项目的研究计划和预期目标是利用QM/MM-FE方法研究BChE催化水解几个具有代表性的有机磷化合物的基本反应机理，并基于结构和反应机理分析能加速酶催化反应的关键因素，进而开展具有较高活性的BChE突变酶的合理设计。本项目很好地完成了对BChE催化水解sarin的机理研究，不仅按计划研究了野生酶的催化反应机理，还另外研究了G117H突变酶的催化反应机理，揭示了G117H突变在催化反应中的作用，并依据G117H的作用机制，进行了包括G117K和G117V在内的突变酶设计，结果发表在Biochemistry期刊上。项目负责人因此受邀在XIV International Symposium on Cholinergic Mechanisms (第十四届国际胆碱机制研讨会)就本项目的工作做了邀请报告。本项目在探索BChE催化水解paraoxon-ethyl和paraxon-methyl的过程中发现了分子对接、活性口袋内水的合理构象等多方面重要的科学问题。这些问题促进了本项目在发展分子对接方法、改进QMMM优化策略、发展新的质子化状态预测方法等方面取得了重要进展。这些方面研究结果的相关论文正在审稿或投稿过程中。