苏氨酸在昆虫抗冻蛋白抗冻活性中的作用

设计系列昆虫抗冻蛋白CfAFP突变体, 通过分子动力学模拟确定各突变体与冰晶的最佳作用模式, 并用半经验分子轨道方法AM1和PM3研究了其与冰晶的相互作用. 结果表明, TXT面上的苏氨酸在蛋白与冰晶相互识别和结合过程中十分关键, 对CfAFP与冰晶间相互作用的贡献大, 用其它疏水或亲水氨基酸残基替换都将削弱抗冻蛋白与冰晶的相互作用强度, 从而降低蛋白的抗冻活性. 但是, 在维系蛋白和冰晶结构匹配的基础上, 疏水基团的增加加强了抗冻蛋白与冰晶的结合, 从而增加蛋白的抗冻活性.     

沙冬青抗冻蛋白热滞活性的DSC研究

在某些极地鱼类的血清以及某些昆虫和植物中 ,人们发现了一类特殊的物质 .它们的共同特点是能通过直接与冰晶核相互作用,抑制冰晶核的形成和生长,从而降低溶液冰点 .现已发现的这类抗冻物质都属于蛋白质,被统称为抗冻蛋白（ Antifreeze Proteins, AFPs） .抗冻蛋白能以非依数性形式大大降低溶液的冰点,但对熔点的影响很微弱,而且遵从依数性的原则,使冰点低于平衡态的熔点,溶液处于反常的非平衡相变状态 .这种冰点低于熔点的特性称为热滞 (Hysteresis).因此,抗冻蛋白也叫热滞蛋白或温度迟滞蛋白（ Thermal Hysteresis Proteins, …     

操控冰水:仿生抗冻蛋白研究进展*

抗冻蛋白是自然界娴熟操控(冰)水的分子识别的典范之一。抗冻蛋白的抗冻活性与其特殊结构有着十分密切的关系。作为目前最高效的生物抗冻剂,抗冻蛋白因其含量低、易变性失活,导致产量过低,亟待开发新的来源。近年来,模拟抗冻蛋白的研究工作吸引了科学家们的广泛关注,抗冻蛋白关键的结构特质:氢键作用、疏水性、冰晶吸附、“结构水”在各类仿生抗结冰材料中相继得以体现,对深入理解抗冻蛋白作用机制起到了重要的推动作用。综述了仿生抗冻蛋白在仿生抗结冰材料领域的研究进展,对基于仿生抗冻蛋白的仿生抗结冰材料的发展做出了展望。     

自由能计算揭示苏氨酸对抗冻蛋白与冰晶结合能力的影响

采用分子动力学模拟和自由能计算研究了中等活性黑麦草抗冻蛋白(Lolium perenne antifreeze protein, LpAFP)冰结合位点(Ice-binding site, IBS)上苏氨酸(Thr)含量对其吸附冰晶能力的影响. 构建了一系列LpAFP突变体结构, 使其IBS上苏氨酸含量逐步增加, 其中包括一个对IBS上11个位点的突变, 使每个β片段均具有Thr-x-Thr基序(x是非保守的氨基酸, 主要是疏水氨基酸). 利用重要性采样算法(WTM-eABF)计算了LpAFP及其突变体与冰晶结合过程的自由能变化, 该算法结合了Well-tempering metadynamics的“填谷”和扩展拉格朗日自适应偏置力方法的“削峰”的优点, 显著提高了算法的采样效率. 结果表明, LpAFP突变体的IBS苏氨酸含量越高, 其与冰的结合在能量上越有利. 当突变体具有重复Thr-x-Thr基序时, 其与冰的结合能力最强. 进一步分析表明, 苏氨酸含量越高, IBS结合的液态水分子越多, 与冰晶结合时锚定包合水稳定存在的时间就越长, 抗冻蛋白的IBS与冰面之间的氢键网络也越稳定, 从而提高了抗冻蛋白与冰的结合能力. 增加苏氨酸残基的含量是提高中等活性抗冻蛋白抗冻活性的方法.     

烯虫酯的立体选择性全合成

以香茅醛为起始原料, 通过羟醛缩合反应和Reformatskii反应得到3,7,11-三甲基-2,4,10-十二碳三烯酸异丙酯的双键顺反异构体混合物, 经苯硫酚两次催化双键顺反异构化, (2E,4E)-异构体3a的含量由原来的26%提高到85%. 再通过醚化反应, 立体选择性地全合成了具有保幼激素活性的昆虫生长调节剂烯虫酯及其异构体, 即11-甲氧基-3,7,11-三甲基-2,4-十二碳二烯酸异丙酯. 其中具有较高生物活性的(2E,4E)-异构体的含量达85%. 各步所合成的化合物的结构经IR, MS和NMR证实.     

抗冻蛋白抗冻机制的分子模拟研究

抗冻蛋白能使生物体在寒冷环境下生存,具有极大的潜在应用价值。近年来,人们对抗冻蛋白开展了广泛的研究,但其抗冻机理还未明确。本文阐述了抗冻蛋白的功能特性和结构特征,并从结构的角度对其抗冻机制方面的分子模拟研究成果进行了综述。另一方面,对目前已知晶体结构的29个野生型抗冻蛋白的结构特性进行了分析,发现在整个抗冻蛋白表面和在冰结合位点处都存在亲水残基与水形成氢键和疏水残基与类冰结构特异性结合的特点。然后,探讨了抗冻蛋白的二级结构、冰结合位点残基的疏水性与抗冻活性之间的关系。最后,从结构的角度讨论了抗冻蛋白的机制和影响抗冻活性的因素并简要总结了仿生抗冻材料设计和应用的研究进展。     

碱性氨基酸对螺旋型抗菌肽生物活性的影响

以螺旋型抗菌肽HPRP-A1为模板,利用精氨酸(R)对HPRP-A1序列中的赖氨酸(K)进行不同位点、不同数量的取代,结合改造前后抗菌肽的螺旋度、疏水性及自聚集常数等理化性质,研究了螺旋型抗菌肽结构与活性的相关性.进一步结合脂质体模拟和细胞膜穿透实验,对螺旋型抗菌肽与不同类型细胞膜的相互作用过程进行了研究.结果表明,增加精氨酸的取代数量,会增强抗菌肽的疏水性和螺旋度,导致螺旋型抗菌肽对真核细胞的毒性增强;但精氨酸的增加会伴随着抗菌肽自聚集能力的降低以及抗菌肽对细菌细胞膜的渗透性降低,导致抗菌肽的抗菌活性降低.本研究对于设计和改造具有应用前景的螺旋型抗菌肽具有重要指导意义.     

八元瓜环与啡咯啉及其衍生物主客体配合物的研究

利用¹H NMR技术、荧光光谱法, 对八元瓜环与多种啡咯啉及衍生物相互作用形成的主客体配合物实体的结构进行了考察. 研究结果显示, 1,10-啡咯啉及其异构体1,7-啡咯啉、4,7-啡咯啉的盐酸盐“钻”进八元瓜环内腔, 形成2︰1自组装主客体包结物; 2,9二甲基-1,10-啡咯啉的盐酸盐部分进入八元瓜环形成一种比较稳定的主客体配合物; 而4,7-二甲基-1,10-啡咯啉、3,4,7,8-四甲基-1,10-啡咯啉以两种不同的π-π堆砌方式部分进入八元瓜环内腔, 形成包结比也是2︰1的两种较稳定的自组装主客体配合物异构体.     

配合物[Pd(L-tyr)2]•0.5H2O的晶体结构、稳定性及其与DNA作用研究

合成了配合物[Pd(L-tyr)₂]•0.5H₂O单晶(L-tyr^－为酪氨酸根). 配合物属于单斜晶系, P2(1)空间群. L-tyr^－的羧基氧原子和氨基氮原子与Pd(II)离子配位, 形成两个五元螯合环的平面结构. 配合物分子之间存在配位螯合环-配位螯合环的弱相互作用、苯酚环-苯酚环之间的π-π堆积作用以及水分子与配体之间的氢键作用. 水溶液中配合物的累积稳定常数为10¹⁷数量级, 表明配体与离子形成较强的配位共价键. 配合物与鱼精DNA作用的紫外光谱、CD光谱和荧光光谱表明, 两者之间有较强的相互作用, 并以插入作用方式为主.     

瓜环与4,4'-二氨基二苯甲烷衍生物的相互作用

合成了三种长链多芳环多胺基客体, 它们分别由三种醛基吡啶异构体与4,4'-二氨基二苯甲烷形成的Schiff碱还原而成, 并得到¹H NMR以及质谱分析方法表征证实. 以核磁共振技术、紫外吸收光谱分析方法以及滴定¹H NMR方法为研究手段, 对瓜环(cucurbit[n]urils, n＝6～8)分别与三种4,4'-二[N-(吡啶甲基)氨基]二苯甲烷盐酸盐相互作用进行了考察. 实验结果表明, 六元瓜环与三种4,4'-二[N-(吡啶甲基)氨基]二苯甲烷盐酸盐相互作用均形成物质的量之比为2∶1的哑铃型包结配合物; 八元瓜环与三种N,N'-二(N-(吡啶甲基)二苯甲烷盐酸盐相互作用形成以类轮烷结构为主的包结配合物; 七元瓜环与三种N,N'-二(N-(吡啶甲基)二苯甲烷盐酸盐相互作用存在多种模式的竞争.     

D,L-[Ru(phen)2dppz]2+对含G∶T错配的环丁烷嘧啶二聚体识别和修复的理论研究

环丁烷嘧啶二聚体(Cyclobutane Pyrimidine Dimer, CPD)是紫外线对DNA损伤导致皮肤癌的首要环节,XPC-hHR23B是最早作为对CPD的损伤识别剂的,但其识别效率很低.首次采用分子力学方法模拟了手性金属配合物D,L-[Ru(phen)2dppz]2+ (phen=1,10 phenanthroline, dppz = dipyrido[3,2-a∶2',3'-c]phenazine)对含G∶T错配的CPD双螺旋DNA的识别作用.模拟结果显示:该配合物的左手异构体优先从小沟方向识别与G∶T错配相邻的A4T5/T7G6区域,而右手异构体则优先从大沟方向识别与G∶T错配相邻的另一区域T6A7/G5T4.由于CPD的形成,该DNA螺旋高度扭曲,使得识别过程体现了手性选择性和位点特异性,左手异构体更占优势.详细的能量分析发现:在配合物插入碱基堆积过程中的空间位阻状况决定了识别作用的结果,静电相互作用也在一定程度上产生了影响.此外,我们还发现,金属配合物插入CPD相邻的区域后,能将形成CPD的两个T碱基由原来的敞口形状部分地转为近平行状,使其得到构型上的部分修复.     

D,L-[Ru(phen)_2dppz]~(2+)对含G:T错配的环丁烷嘧啶二聚体识别和修复的理论研究

环丁烷嘧啶二聚体(Cyclobutane Pyrimidine Dimer,CPD)是紫外线对DNA损伤导致皮肤癌的首要环节,XPC-hHR23B是最早作为对CPD的损伤识别剂的,但其识别效率很低.首次采用分子力学方法模拟了手性金属配合物D,L-[Ru(phen)2dppz]2+(phen=1,10phenanthroline,dppz=dipyrido[3,2-a∶2’,3’-c]phenazine)对含G∶T错配的CPD双螺旋DNA的识别作用.模拟结果显示:该配合物的左手异构体优先从小沟方向识别与G∶T错配相邻的A4T5/T7G6区域,而右手异构体则优先从大沟方向识别与G∶T错配相邻的另一区域T6A7/G5T4.由于CPD的形成,该DNA螺旋高度扭曲,使得识别过程体现了手性选择性和位点特异性,左手异构体更占优势.详细的能量分析发现:在配合物插入碱基堆积过程中的空间位阻状况决定了识别作用的结果,静电相互作用也在一定程度上产生了影响.此外,我们还发现,金属配合物插入CPD相邻的区域后,能将形成CPD的两个T碱基由原来的敞口形状部分地转为近平行状,使其得到构型上的部分修复.     

利用电喷雾质谱研究Tau蛋白多肽与金属离子的相互作用

老年痴呆症患者脑部一个重要的病理特征为脑细胞内的神经纤维缠结,其主要成分为异常磷酸化的微管相关Tau蛋白[1].在成年人的脑细胞中,至少含有6种Tau蛋白的异构体,其主要的差别为是否含有N端的两个29氨基酸插入片断以及C端的第二个重复片断,其中Tau蛋白C端的三到四个重复片断被认为是Tau蛋白与微管蛋白相互作用的功能区[2],因此研究这些重复多肽片断可以推测导致Tau蛋白聚集的原因.     

[Co(pema)(amp)Cl]2+体系一面式异构体的结构解析及其优势构型

仅合成得到 [Co(pema) (amp)Cl] 2 + 体系配合物的一个面式异构体 (pema =N ( 2 吡啶甲基 )乙二胺 ,amp =2 甲氨基吡啶 ) .利用二维核磁共振技术与单晶X ray衍射法平行解析了该异构体的结构 .结果显示结构中存在C—H…π相互作用 .用RHF/LANL2DZ对该体系可能的异构体进行结构、能量优化 ,可能形成C—H…π相互作用的异构体具有较好的稳定性 .C—H…π相互作用对含吡啶环的 [CoN5Cl] 2 + 系配合物的异构体的选择性形成及其稳定性具有重要作用 .     

nido-C2B9H112-碳硼烷异构体结构和稳定性的密度泛函研究

采用密度泛函方法对11顶点巢式碳硼烷C2B9H112-异构体进行了几何结构优化,分析了稳定性、电荷分布及分子轨道.结果表明,9个异构体都有对应的稳定构型,保持了巢式骨架结构.C取代开口五元环上B的异构体更稳定,且随取代数目增加和C原子间距增加而增加,C—C键和C—B键作用增强.C取代内层B使异构体稳定性降低,C—C键和C—B键长随之增长.负电荷主要集中在C原子上,开口五元环上的C原子上负电荷要比内层C原子更多,成为亲核取代反应中心.异构体分子前线轨道具有和η5-C5H5-相似的π键性质,ΔELUMO-HOMO反映的化学稳定性与结构能量稳定性趋势一致.     

HPS2异构体结构与相对稳定性

在MP2/6-311++G(d,p)和QCISD(t)/6-311++G(3df,2p)(单点)水平下计算得到了包括9个异构体和15个过渡态的HPS2势能面.其中,异构体trans-HSPS(E1)的能量最低, 其次是cis-HSPS(E2)和HPS(S)(C2_V,E3),能量分别比trans-HSPS(E1)高3.43和14.17 kJ/mol.计算结果表明,异构体E1,E2,E3和立体的三元环结构的异构体HP(S)S(C_S,E4), 及与E4共存的trans-HPSS(E5)和cis-HPSS(E6)具有一定的稳定性.在QCISD(t)/6-311++G(3df,2p)//MP2/6-311++G(d,p)并包含零点能水平下,PH和S₂反应生成的E6和E5分别越过65.75和71.73 kJ/mol的势垒就可以异构化为具有较高动力学稳定性的产物E4, 计算结果对实验认定的产物是cis-HPSS(E6)的结论进行了修正.     

钴卟啉对有机小分子的手性识别

采用含时密度泛函理论方法研究了手性钴卟啉识别手性生物小分子, 解释了分子结构与光学活性的关系. 通过基组叠加误差(BSSE)校正, Co(III)-卟啉衍生物与(S)-脯氨醇和(S)-2-丁氨之间的作用能分别为310.5和241.6 kJ/mol. 这种较强的分子识别作用起源于主体与客体之间的配位和氢键作用. 具有较大负比旋度的金属卟啉分子对具有较小的正比旋度的生物分子的分子识别作用, 极大地抵消了金属卟啉分子的负比旋度数值. 电子吸收光谱和电子圆二色谱表明, 最低能带起源于主体卟啉环-客体小分子的HOMO-LUMO电荷转移跃迁, 具有负或正的康登效应. 较高能带由配体内部的π→π*电子跃迁所致, 具有一个负的和一个正的康登效应. 最高能带由取代基到卟啉环的p→π*电子跃迁所致, 具有两个负的康登效应.     

紫细菌光合反应中心电子激发态的理论研究

运用ZINDO和INDO/S两种量子化学理论方法, 对紫细菌(Rhodopseudomonas (Rps.) viridis) 光合反应中心色素分子簇的电子激发态进行了理论研究. 通过理论计算的电子激发态光谱与实验吸收光谱, Circular Dichroism光谱的比较, 对实验光谱重新进行了较为合理的归属. 考察了色素分子间相互作用、色素分子与蛋白质中氨基酸残基相互作用对激发态光谱的影响. 研究结果表明: Rps. viridis光合反应中心色素分子簇间的相互作用以及氨基酸残基与色素分子的作用, 对激发态光谱的性质具有一定的影响; 不考虑色素分子间相互作用以及色素分子与周围氨基酸残基的作用, 只基于单个色素分子(或其模型分子)理论计算进行光谱归属是不合理的.     

天然气水合物抑制剂用高分子研究进展

海底天然气开采过程中,甲烷和水可以形成天然气水合物,阻塞油气管道。本文先简要介绍高分子化合物用于水合物抑制剂的发展过程,从抗冻抑制剂的结构与性能关系,探讨了高分子型的低剂量天然气水合物抑制剂的特性、作用机理和主要影响因素。近年来的研究发现在寒冷地区海洋鱼类和昆虫体内存在一些抗冻蛋白,不仅能够降低水的冰点,而且能抑制天然气水合物的形成,是绿色环保的天然抑制剂,模拟这些具有抗冻性能的蛋白质结构的高分子化合物为今后水合物抑制剂研究提供一个新的发展方向。本文还提出了今后值得开展研究和应用的若干问题。     

C36CH2各种可能异构体芳香性的研究

用键共振能和拓扑共振能方法对富勒烯C₃₆CH₂开环结构中的所有可能异构体及其阳离子和阴离子芳香性进行了研究. 计算结果表明, C₃₆CH₂异构体的稳定性与D_6h和D_2d异构体中各键的键共振能直接有关, 且CH₂基团插入在5/5键时得到的异构体最稳定. C₃₆CH₂的阳离子因其共振能为负值而具有反芳香性. 反之, C₃₆CH₂阴离子因共振能为正值而具有较高的芳香性和稳定性. 从理论上预计C₃₆CH₂的高价阴离子具有很高的芳香性和稳定性.