β-环糊精和甾类化合物的分子动力学模拟

运用分子动力学(molecular dynamics, MD)和MM-PBSA (molecular mechanics/Poisson Boltzmann surface area)相结合的方法预测了β-环糊精(cyclodextrin, CD)和甾类客体分子包结模式. 通过重原子均方根偏差(root mean square deviation, RMSD)分析可得, 两种包结模式下客体分子都可以和β-CD形成稳定的包结. 在MD轨迹采样基础上, 采用高效MM-PBSA方法计算了两种包结模式下的包结自由能. 计算结果显示, β-CD和三个甾类客体分子包结的主要驱动力为范德华相互作用, 而溶剂化能和熵变则不利于体系的包结. 进一步分析平均构象和包结自由能发现, 对于波尼松龙, D-up (D-ring up orientation)取向为优势包结模式; 而乙炔雌二醇和雌三醇的优势包结模式均为A-up (A-ring up orientation)取向. 通过比较β-CD和三个客体分子的理论包结自由能, 预测包结稳定性的次序为乙炔雌二醇＞雌三醇＞波尼松龙, 和实验结果相一致.     

环糊精二聚体的分子动力学模拟与自由能计算

采用分子动力学方法模拟了天然α,β,γ-环糊精（cyclodextrin,CD）二聚体以及6-O-（4-hydroxybenzoyl）-β-CD（HB-β-CD）二聚体在真空和水溶液环境下的结构和相互作用．利用自由能微扰方法计算了三种取向二聚体的结合自由能,以判断其稳定性差异．结果表明,在真空中由于分子间氢键作用,3种天然CD均以大口端．大口端为优势稳定取向,在溶液中三种天然CD二聚体平衡后的结构受到水的影响发生了很大的变化,且稳定性降低,而两个HB—β-CD形成的相互包结的二聚体的结构变化不大．自由能计算的结果表明,无论在真空还是溶液中,由于包结作用HB-β-CD二聚体的小口端-小口端为明显的优势取向,且稳定性要远远大于天然β-CD二聚体．     

EGFR和4-苯胺喹唑啉类抑制剂之间相互作用模式的研究

采用分子动力学和MM/PBSA相结合的方法预测了表皮生长因子受体和4-苯胺喹 啉类抑制剂的相互作用模式。在分子动力学采样的基础上,采用MM/PBSA的方法分 别预测了四种可能结合模式下表皮生长因子受体和4-苯胺喹唑啉类抑制剂间的结合 自由能。在MM/PBSA计算中,受体和抑制剂之间的非键相互作用能采用分子力学 (MM)的方法得到;溶剂效应中极性部分对自由能的贡献通过解Possion- Boltzmanne (PB)方程的方法得到;溶液效应中非极性部分对自由能的贡献则通过 分子表面积计算(SA)的方法得到。计算表明,在四种结合模式下,表皮生长因子受 体和4-苯胺喹唑啉类抑制剂之间的结合自由能有较大的差别。在最佳的相互作用模 式中,抑制剂的苯胺部分位于活性口袋的底部,能够与受体残基的非极性侧链产生 很强的范德华和疏水相互作用。抑制剂喹唑啉环上的N(1)原子能够和Met-769上的 NH形成稳定的氢键,而抑制剂上的N(3)原子则和周围的一个水分子形成氢键。同时 ,抑制剂双环上的取代基团也能和活性口袋外部的部分残基形成一定的范德华和疏 水相互作用。最佳结合模式能够很好地解释已有抑制剂结构和活性间的关系。     

基于分子动力学模拟和连续介质模型的自由能计算方法*

近些年,基于分子动力学模拟和连续介质模型的自由能计算方法受到了越来越多的关注,其中MM/PBSA就是最具代表性的方法.在MM/PBSA中,体系的焓变采用分子力学(MM)的方法计算得到;溶剂效应中极性部分对自由能的贡献通过解Poisson-Boltzmann(PB)方程的方法计算得到;溶液效应中非极性部分对自由能的贡献则通过分子表面积(SA)计算得到.本文结合我们科研组的工作,就近几年MM/PBSA方法的最新进展做了较为详细的阐述,同时对MM/PBSA的发展前景进行了展望.     

环糊精与丹参酮IIA包合作用的研究

通过荧光光谱方法分别研究了丹参酮IIA在溶液的pH为7．5时与β—CD和γ—CD的包合常数,对客体的包结能力β-CD〉γ-CD;并利用热力学方法研究了温度对包合反应的影响,计算了包合过程的熵变、焓变及自由能变化;分子模拟方法进一步证实了该包合物的形成;采用超声波法制备了环糊精与丹参酮IIA的固体包合物,并用红外光谱对固体包合物进行了表征．     

meso-四-(2-噻吩基)铜卟啉-环糊精超分子体系的光谱学研究

以紫外可见分光光度法和荧光光谱法研究了非水溶性meso-四-（2-噻吩基）铜卟啉（简称Cu—TTP）与四种环糊精α—CD、β—CD、γ—CD、TM—β—CD相互作用形成的超分子体系，结果表明Cu-TTP与TM-β-CD形成了1：2的包结物，而与其它三种环糊精主要形成1：1的包结物。在α—CD、β—CD、γ-CD三种母体环糊精中，α—CD与Cu—TTP的包结常数最大；β-CD与其衍生物TM-β-CD相比，TM-β-CD与Cu—TTP的包结常数较大。本文对四种环糊精和Cu-TTP的包结机理作了初步探讨。为铜卟啉和环糊精的相互作用及其超分子体系的研究提供了基础。     

L-色氨酸与α/β-环糊精结合机理的计算研究

本研究通过分子动力学模拟详细探讨α/β-环糊精(α/β-CD)与L-色氨酸(L-Trp)在水溶液环境下的相互作用.通过利用MM/PBSA方法计算结合自由能,表明α/β-CD在水溶液中能够自发的与L-Trp络合,并且β-CD与L-Trp结合能力更强.通过观察α/β-CD与L-Trp的动态结合过程,并计算氢键数量,CD空腔...     

β-环糊精与Triton N-101相互作用的研究

用表面张力法及紫外光谱研究了β-CD与非离子型表面活性剂Triton N-101(TN)的包结体系.结果表明, TN的表面张力值及表观临界胶束浓度(CMC*)随β-CD浓度增加而增大,由于实验数据与所构建的1∶ 1包结的数学模型完全相符,由此推测β-CD与TN形成1∶ 1包结物.运用这一数学模型计算了TN与β-CD体系的包结平衡常数Ka(298 K),结果表明Ka值与β-CD浓度成正比.通过Ka值还计算了包结体系自由能变化.紫外光谱结果表明,在β-CD浓度较小时, TN 的疏水链优先进入β-CD内腔,而β-CD浓度较大时, TN 的苯环部分也进入β-CD内腔.     

环糊精与丹参酮ⅡA包合作用的研究

通过荧光光谱方法分别研究了丹参酮ⅡA在溶液的pH为7.5时与β-CD和γ-CD的包合常数,对客体的包结能力β-CD>γ-CD;并利用热力学方法研究了温度对包合反应的影响,计算了包合过程的熵变、焓变及自由能变化;分子模拟方法进一步证实了该包合物的形成;采用超声波法制备了环糊精与丹参酮ⅡA的固体包合物,并用红外光谱对固体包合物进行了表征.     

非水溶性卟啉NTPPH_2和ATPPH_2与环糊精超分子体系的光谱学研究

在中性磷酸盐缓冲溶液中,用紫外-可见分光光度法和荧光光谱法研究了非水溶性卟啉5-(4-硝基苯基)-10,15,20-三苯基卟啉(NTPPH2)和5-(4-氨基苯基)-10,15,20-三苯基卟啉(ATPPH2)与α-CD、β-CD和γ-CD三种环糊精相互作用形成的超分子体系。结果表明,NTPPH2与α-CD、β-CD和γ-CD均形成了1:1的包结物,ATPPH2与β-CD形成1:2的包结物,与α-CD和γ-CD则形成了1:1的包结物。其中α-CD与NTPPH2和ATPPH2的包结常数最大。本文探讨了卟啉环上给电子基团和吸电子基团对包结的影响,为卟啉和环糊精相互作用及超分子体系的机理研究提供了基础。     

环糊精包结谷胱甘肽的机理

使用分子动力学模拟结合自由能计算的方法在原子水平上研究了谷胱甘肽与α-,β-和γ-环糊精的包结模式,计算了谷胱甘肽与3种环糊精之间6种可能包结过程的自由能变化.结果表明,谷胱甘肽的谷氨酸残基从α-环糊精大口端进入空腔最终形成的包结复合物最稳定;在该复合物中,谷氨酸残基的亚甲基链部分被完全包结在疏水空腔中,其氨基与羧基位于与α-环糊精的小口端,并与环糊精的伯羟基形成了氢键,同时半胱氨酸中的巯基位于环糊精的大口端,得到了有效的保护.因此,疏水相互作用和氢键相互作用构成了包结的主要驱动力.β-环糊精的优势包结模式与α-环糊精类似,但形成复合物的稳定性次之,而γ-环糊精由于空腔较大,优势的包结模式是谷氨酸残基从γ-环糊精小口端进入空腔,但所形成的复合物结构的稳定性最弱.     

5-邻硝基苯-10,15,20-三苯基卟啉-环糊精超分子体系研究

在中性磷酸盐缓冲溶液中,以紫外-可见分光光度法、荧光光谱法和1HNMR法研究了一种人工合成的非水溶性卟啉5-邻硝基苯-10,15,20-三苯基卟啉(简称o-NTPP)与3种母体环糊精α-CD、β-CD、γ-CD和β-CD的两种衍生物2,3,6-三-甲氧基-β-CD(TM-β-CD)、羧甲基-β-CD(CM-β-CD)之间相互作用形成的超分子体系,结果表明o-NTPP与TM-β-CD形成了1∶2的包结物,而与其它4种环糊精均形成1∶1的包结物。利用双倒数曲线法计算了o-NTPP-CD超分子体系的包结常数(k),同时对包结常数大小进行了比较,从而判断出5种环糊精对o-NTPP包结能力的大小,其中TM-β-CD表现出最强的包结能力。     

胆固醇修饰富勒烯/γ-环糊精包结复合物的生物活性

采用Bingel-Hirsch反应合成了胆固醇修饰的富勒烯(CHL-C60),通过核磁共振(NMR)、质谱(MS)、元素分析对CHL-C60的化学结构进行了表征.γ-环糊精(γ-CD)对甾环具有较强的包结能力,能够与CHL-C60形成包结复合物(CHL-C60/γ-CD),从而有效提高CHL-C60的水溶性.紫外-可见吸收光谱和荧光光谱研究结果表明,CHL-C60能够从γ-CD的疏水空腔中解离出来,与人血清白蛋白(HSA)及牛血清白蛋白(BSA)形成稳定的复合体,其结合常数分别为5.73×104和7.05×104L.moL-1.无氧条件下,CHL-C60/γ-CD通过光诱导电子转移作用断裂pBR322质粒脱氧核糖核酸(DNA),其效率可达60.5%.     

水溶性六元瓜环衍生物与1,ω-亚烷基吡啶主客体配合物的^1HNMR及晶体结构

利用^1HNMR技术以及单晶X衍射技术考察对称四甲基取代六元瓜环（TMeQ[6]）与几种1,ω-亚烷基吡啶阳离子（ω=2,4,6,8,10）客体的相互作用．在这些包结配合物中,TMeQ[6]的端口效应以及空腔效应同时存在,其主客体作用模式随着客体亚烷基碳链长短不一而各不相同．对于客体1,2-二乙基吡啶（Edpy）,TMeQ[6]包结Edpy的带正电荷的吡啶环部分,形成一不对称的包结配合物;对于客体1,4-二丁基吡啶（Bdpy）,TMeQ[6]选择性包结Bdpy的吡啶环部分或烷基部分存在竞争作用和快速交换;而具有较长碳链的客体1,6-二己基吡啶（Hdpy）和1,8-二丁庚基吡啶（Odpy）与TMeQ[6]通过空腔的疏水作用以及外部的离子-偶极作用形成稳定的类轮烷包结配合物;客体1,10-二癸基吡啶（Ddpy）的两个吡啶环分别被两个TMeQ[6]包结形成哑铃型的包结配合物．     

β-环糊精与两性表面活性剂相互作用β

用表面张力法研究了β-环糊精与十一烷基酰胺甲酸钠(C11H23CONHCOONa,SF)两性表面活性剂在不同温度下的包结作用。结果表明:SF的表面张力值(β)及表观临界胶束浓度(cmc)加入β-CD后增加,β-CD浓度越大,γ和cmc增加越多,且SF的cmc与β-CD浓度存在线性关系,随温度的升高,两性表面活性剂的表面张力值降低,意味着它们的表面活性随温度升高而增强。利用表面张力测定了β-CD-SF体系在不同温度下的包结形成常数Ka,进而求得了包结过程的焓变和熵变,结果表明,该过程是焓和熵均有利的过程,进一步说明疏水作用是形成包结物最重要的的作用力之一。     

meso-四(4-甲氧基-3磺酸基苯)卟啉与环糊精超分子体系的研究

采用极谱法、紫外可见光谱法及荧光光谱法研究了水溶性卟啉T(4-Mop)PS4与α-CD、-βCD、γ-CD、Hp-β-CD及SBE--βCD 5种环糊精的相互作用,结果表明T(4-Mop)PS4分别与这5种环糊精形成了T(4-Mop)PS4-CD s超分子体系。此外,本研究还采用极谱法、紫外可见光谱法及荧光光谱法测定了T(4-Mop)PS4-CD s超分子体系的包结常数和包结比,比较了T(4-Mop)PS4与5种环糊精的包结能力,并由此推测了包结机理,为T(4-Mop)PS4卟啉、环糊精的进一步应用提供了理论信息。     

β-环糊精对丁吡吗啉的包合作用

采用紫外光谱定量研究了β-环糊精(β-CD)对新型杀菌剂丁吡吗啉的包结行为, 结果表明, β-CD与丁吡吗啉形成包结比为1∶1的包结物, 其包结常数随温度升高而减小, 表明包结是一个放热过程; 包结反应热力学参数ΔH, ΔS和ΔG均为负值, 说明包结反应是焓变驱动的自发过程.相溶解度实验表明, β-CD能显著提高丁吡吗啉在水中的溶解度, 有助于该产品剂型的水基化, 且包合对其杀菌活性没有明显影响. 对固态包结物的IR和2D ROESY分析表征表明, 丁吡吗啉以其苯环端从β-CD的窄端进入其空腔, 叔丁基进入到β-CD的阔端, 而分子中的其它部分位于空腔的窄端外.     

基于原子表面的蛋白质水合自由能预测模型

提出了一种计算蛋白质水合自由能的简化模型（SAWSA 2）.模型把蛋白质分子中的原子分为20种不同的原子类型,通过每类原子的溶剂可及化表面以及相应的溶剂化参数,就可以得到分子的水合自由能.不同原子类型的溶剂化参数通过110个蛋白质分子水合自由能拟合得到,水合自由能的标准值采用了基于求解Possion-Boltzmann方程（PB）以及分子表面计算（SA） 相结合的方法.采用得到的模型,预测了20个蛋白质分子的水合自由能,预测值的相对值和绝对值都能和PB/SA的计算值很好地吻合,大大优于两种已报导的水合自由能模型.     

HIV-1整合酶与芳香二酮酸类抑制剂相互作用的分子模拟研究

用分子对接方法研究了一系列芳香二酮酸类抑制剂与HIV-1整合酶的识别及相互作用. 结果表明, 抑制剂结合到整合酶Asp64～Leu68, Thr115～Phe121, Gln148～Lys159和Mg2＋所构成的口袋区, 抑制机理与5CITEP相似. 采用分子动力学模拟和MM/PBSA方法计算了芳香二酮酸类抑制剂与整合酶之间的结合自由能, 计算结果与实验值相吻合, 平均绝对偏差为3.6 kJ/mol, 体系范德华相互作用和溶剂化效应的非极性项是利于形成复合物的主要因素. 相关性分析结果表明, 结合自由能值与疏水相互作用有较强的线性相关(R＝0.61), 基于此, 用多元线性回归方法给出了一个能较强预测芳香二酮酸类抑制剂与HIV-1整合酶的结合自由能预测模型, 为后续基于抑制剂结构的抗HIV-1药物分子设计提供指导.     

β-环糊精和甲酚包结体动态结构及平衡常数的NMR研究

环糊精简称（ＣＤ）是由至少六个环葡萄糖（寡糖）单元通过１,４糖苷键连接而成的筒状分子。每个环糊精分子都有一个中空的环状疏水腔,腔的窄端口连接伯羟基（６ＯＨ）,宽端口连接两类仲羟基（２ＯＨ、３ＯＨ）。ＣＤ的腔内含有分别由六至八个Ｈ（３）或Ｈ（５）原子（分别对应αＣＤ、βＣＤ和γＣＤ）构成的氢环及相应数量的醚氧构成的氧环。因此腔体的内侧是疏水的。ＣＤ的结构见图１。图１环糊精的分子结构示意图ＣＤ主体能和不同的客体分子依靠相互间非共价键力［１］而发生包结作用,包结的程度受主体疏水腔大小、腔口位阻和客体性质…