多重非共价作用及其协同效应在吸附分离和药物控释方面的应用

从热力学推导可知,分子与较大的实体间通过多重非共价作用的结合,其结合能大于这些作用力分别单独作用时结合能的加和,即多重非共价作用之间存在协同效应。本文讨论了多重非共价作用(如疏水作用、离子作用、氢键等)及其协同效应在吸附体系和药物控释体系的设计中的应用,一些单独作用时对结合可能没有贡献的非共价作用(如水介质中的氢键),与其它作用同时发生时对结合可能有贡献。合理利用多重非共价作用及其协同效应不仅能提高吸附量和药物负载量,而且还能调控不同吸附质间的吸附选择性和药物的控制释放性能。     

电喷雾质谱法研究药物与蛋白的结合

以葛根素与人血清白蛋白、α1-酸性糖蛋白间的非共价结合作用为例,提出了一种电喷雾离子阱质谱(ESI-MS)研究蛋白药物非共价结合的新的质谱滴定法。本方法的主要假定条件是:当蛋白与小分子配体间有一定亲合力、且作用配体的量浓度大于作用蛋白的量浓度时,蛋白复合物总浓度与作用蛋白总浓度近似相等。将该质谱滴定法在毛细管温度180℃;锥孔电压35V的条件下,研究了葛根与人血清白蛋白、α1-酸性糖蛋白间的非共价结合特性,结果表明,葛根素与人血清白蛋白、α1-酸性糖蛋白的结合常数K分别为7.59×104mol/L,8.01×104mol/L,结合位点数分别为6.8和9.4;葛根素与α1-酸性糖蛋白和人血清蛋白间的作用力主要为静电引力,所得结果与用荧光淬灭分析法所得结果基本一致。     

双向长短期记忆循环网络模型预测小分子与受体共价结合

预测小分子与蛋白质的共价结合对基于共价结合的药物筛选十分重要。目前基于结构的虚拟筛选工具主要面向药物和靶标的非共价对接。本文在前期研究的基础上,用深度学习技术中的双向长短期记忆循环网络方法和自注意机制,根据实验数据,预测小分子与蛋白质的共价结合能力。蛋白质与小分子配体共价结合主要有半胱氨酸或丝氨酸结合类型。半胱氨酸共价结合类型的数据量较大,本文主要预测半胱氨酸类型的共价结合。与传统的机器学习模型,如随机森林,逻辑回归,支持向量机模型相比,该深度学习模型的预测能力有显著的改进。     

分子模拟研究烯二炔环发色团分子从新制癌菌素的释放机理

烯二炔环发色团分子(Enediyne ring chromophore)虽然对DNA具有较好的切割性, 但由于它缺乏稳定性, 必须与蛋白结合形成非共价化合物(即新制癌菌素: Neocarzinostatin)才能进入细胞发挥生理作用. 作为一种已在临床上应用的抗肿瘤药物, 烯二炔环发色团分子从结合蛋白释放到细胞过程仍然是不清楚的. 以新制癌菌素复合物和对应的结合蛋白的X射线衍射结构作为研究对象, 运用分子动力学的模拟和拉伸动力学方法研究烯二炔环发色团分子从结合蛋白中释放的机理. 模拟结果表明从萘酸基方向释放可能是烯二炔环发色团分子最佳的释放路径.     

用生物质谱方法研究抗肿瘤双β-咔啉与DNA及核苷酸的非共价结合

利用电喷雾傅里叶变换离子回旋共振质谱研究一系列双β-咔啉化合物与DNA的非共价结合. 发现化合物1—5与5种不同序列的12-mer双链DNA均有明显的非共价结合, 并且有两个β-咔啉环之间连接碳链的长度对此类化合物与双链DNA的非共价结合活性有明显影响. 同时对此类化合物对于DNA非共价结合的序列选择性进行了讨论. 另外还利用电喷雾离子阱质谱研究了双β-咔啉化合物2和4与4种单核苷酸的非共价结合.     

小檗碱与人血清白蛋白结合的电喷雾离子阱质谱研究

以小檗碱与人血清白蛋白间的非共价结合作用为例,提出了一种应用电喷雾离子阱质谱(ESI-ITMS)研究蛋白-配体非共价结合稳定常数与结合计量比等特性的新方法。根据小檗碱与人血清白蛋白间的ESI-ITMS滴定实验结果,小檗碱与人血清白蛋白形成复合物的最大表观化学结合计量比为4.4∶1;根据ESI-ITMS滴定实验结果的Scatchard方程分析,小檗碱-人血清白蛋白复合物的表观稳定常数K值为1.29×105L/mol,结合位点数n为5.1;根据作用温度对复合物热力学常数△H、△S的影响,确定小檗碱与人血清白蛋白间的作用力主要为疏水作用力。实验结果与应用荧光法得到的结果基本一致。     

高通量虚拟筛选CDK2/Cyclin A2靶点抑制剂

CDK2/Cyclin A2复合蛋白的异常表达与乳腺癌、 口腔癌、 食管鳞状细胞癌的发生密切相关. CDK2/ Cyclin A2复合蛋白的活性位点不同于CDK2单体. 至今临床上尚无靶向此复合蛋白的药物分子. 针对CDK2/Cyclin A2复合蛋白, 以实验报道的10个抑制剂分子构建药效团模型, 通过药物体外药代动力学（ADME）、 Docking、 聚类分析、 毒性预测, 从DrugBank, ChEMBL和TCM@Taiwan 3个数据库约90万组数据中进行高通量虚拟筛选, 进一步进行MD模拟、 MM/PBSA结合自由能计算、 能量分解和平均非共价作用(aNCI)分析, 筛选出3个抑制效果优于阳性实验药Roscovitine的先导分子: DrugBank-2004, DrugBank-583和ChEMBL-7122. 与CDK2蛋白相比, CDK2/Cyclin A2复合蛋白结合位点空间变大, 先导分子与Lys33, Asp86, Lys129和Asp145残基之间的排斥作用有所降低, 导致结合自由能更大.     

应用磁金纳米粒子研究牛血清白蛋白与牛蒡子苷之间的相互作用

建立了用于确定血清白蛋白与中药有效成分相互作用结合常数和结合位点数的新方法.利用磁金纳米粒子的超顺磁性和生物相容性,将其作为白蛋白的载体.将牛血清白蛋白固定在磁金纳米粒子上,白蛋白与药物结合后,通过外加磁场将磁金纳米粒子-白蛋白-药物复合物与游离药物分离,通过荧光光谱法得到的游离药物浓度,根据Scatchard方程直接计算出白蛋白与药物的结合常数和结合位点数.本方法用于研究牛血清白蛋白和牛蒡子苷之间的相互作用,结合常数为2.09×105 L/mol,结合位点数为16.63.通过外加磁场作用,使白蛋白从样品溶液中分离出来,样品溶液中只有药物,消除了测定药物时白蛋白的影响,因此所求得的结合位点的数目更准确.实验结果表明,本方法可用于测定分子间非共价结合的结合常数和结合位点数,同时为研究中药有效成分与血清白蛋白相互作用提供了参考.     

荧光猝灭法研究山豆根碱与人血清白蛋白间的相互作用

利用荧光光谱法研究了中药有效成分山豆根碱与人血清白蛋白(HSA)间的非共价结合特性。在37℃和47℃两个作用温度下,山豆根碱与HSA间的结合常数K分别为1.5671×103L.mol-1和2.4923×103L.mol-1,结合位点数n分别为0.8309和0.8630,表明温度升高有利于两者的结合。计算了热力学参数,表明该药物与蛋白的相互作用是一个熵增加和吉布斯自由能降低的自发过程,并由此推断山豆根碱与HSA之间的作用力是以疏水相互作用为主,为研究山豆根碱的药理作用和生物学效应,以及山豆根碱对蛋白质构像的影响等提供了重要信息。     

DNA与生物碱类化合物非共价作用的负离子电喷雾质谱研究(Ⅰ)

目前,临床上使用的许多抗病毒药物均是通过与DNA,RNA发生相互作用破坏其结构,进而影响基因调控与表达的功能,表现出抗病毒活性。因此,核酸与药物分子相互作用的研究对阐述抗病毒药物的作用机理,以及对药物的体外筛选都具有重要的意义．电喷雾电离质谱作为一种软电离手段,可将溶液中生物分子与药物分子的非共价复合物转为气相进行分析,再现其生理状态,使其成为分子水平上进行药物筛选的最佳方法和在分子水平上筛选中药抗病毒活性成分的理想工具,本文选择合成了与SARS病毒相关的DNA片段作为抗病毒药物筛选的靶分子,用电喷雾质谱技术,通过对靶分子与5种生物碱的非共价复合作用,探讨了生物质谱方法用于药物筛选的可行性。     

牛血清白蛋白与Cu(Ⅱ)、Cu(Ⅰ)相互作用的表面电化学研究

采用循环伏安法,研究了牛血清白蛋白(BSA)吸附到玻碳电极上构成的BSA修饰电极.考察了铜离子在BSA修饰电极上的电化学行为.结果表明,Cu(Ⅱ)、Cu(Ⅰ)通过非疏水(静电或者共价)作用与电极表面的BSA结合,Cu~(2+)在BSA修饰电极上与BSA的结合能力比Cu~+与BSA的结合能力强,使用该方法探究蛋白与金属离子、小分子的作用是可行的.     

非共价作用在过渡金属催化的选择性碳氢键活化中的应用

过渡金属催化的碳氢键活化是合成有机化合物最有效的工具之一，基于底物本身官能团或者共价键连接的导向基策略是目前实现碳氢键选择性活化的主要手段.非共价作用在分子生物学、超分子化学、材料科学及药物研发中具有重要意义，近年来，非共价作用也被应用于过渡金属催化的惰性碳氢键的选择性活化.本文总结了非共价作用在选择性碳氢键活化领域的研究进展，并按照非共价键的作用类型，将其分为氢键作用、离子对作用、路易斯酸碱对作用和静电作用等，探讨了催化体系中心金属、配体和底物间相互作用力的模式，并展望了未来研究工作的方向.     

共价抑制剂的研究进展

共价抑制剂因其具有的优异的药代动力学特征,在近期的药物研发领域中起到了关键作用.共价抑制剂是一类有机小分子,能与特定的靶蛋白相互作用并形成共价键,导致蛋白质构象的改变,从而抑制蛋白质的活性.除了部分例外,通过共价抑制剂进行的蛋白质修饰通常是不可逆的.重点讨论通过迈克尔加成、亲核取代以及二硫键与蛋白质相互作用的商业共价抑制剂.有关于共价抑制剂中各种类型弹头的讨论,可以激发未来合理药物设计的灵感.     

非共价复合物的电喷雾质谱分析

非共价复合物一直是质谱分析的难点,因为这些复合物大多以氢键、范德华力、疏水作用、静电作用、金属配位作用等非共价弱键形成,常规质谱相对过于剧烈的离子化条件不利于非共价复合物的检测.但由于在许多生命现象、药物筛选以及超分子化合物中都涉及到分子之间的相互作用以及相互识别过程,而且人们普遍认识到非共价复合物是这些过程形成的基础,因此许多科学工作者都致力于非共价复合物该前沿课题的开发研究,并且迫切需要发展一种分析工具来辅助解析这种现象.电喷雾离子化(ESI)技术作为一种"软"电离技术,以及它在分析极性生物大分子中得天独厚的优势,近年来被广泛的应用在非共价复合物研究上.国内由于生物质谱技术起步较晚,这个领域至今没有获得充分的发展,本论文在ESI正交离子引入飞行时间质谱上,开展了非共价复合物分析的一些初步研究.     

荧光光谱在研究氯霉素与沙拉沙星间拮抗作用中的应用

氯霉素(CHL)和沙拉沙星(SLFX)均能够猝灭牛血清白蛋白(BSA)的荧光. 当两种药物共存时使BSA荧光进一步猝灭, 据此利用荧光光谱法研究了氟喹诺酮类药物SLFX与CHL间相互作用. 结果表明: 两种药物间存在拮抗作用, 使药物与蛋白的结合稳定性增加, 致使能够转运到作用部位产生药理效应的游离型药物含量减少, 造成药效降低; 药物对蛋白荧光的猝灭属于静态猝灭; 药物与蛋白结合位点数约为1. 根据Forster非辐射能量转移理论, 确定了药物与蛋白之间的结合距离r, 药物间拮抗作用的存在使r值降低, 结合距离减小. 同步荧光光谱研究表明, 药物间的拮抗作用对蛋白质构象产生影响, 使蛋白质分子伸展, 疏水性降低.     

抗抑郁化合物SIP15838和环糊精分子非共价复合物的研究

报道了用电喷雾电离质谱(ESI-MS),并结合紫外分光光度法及溶解度实验,研究一种新型的具有自主知识产权的抗抑郁化合物SIPI5838与α-环糊精(CD)和β-环糊精(CD)分子生成的非共价复合物.质谱测量结果表明,在溶液中,SIPI5838分子可以与环糊精分子之间生成非共价复合物,且两者之间的配比关系为1:1.这些非共价复合物的形成可以显著地提高这种抗抑郁化合物在水溶液中的溶解度,使得它作为高效的口服或注射药物成为可能.另外,还用紫外分光光度法和溶解度实验对液相中非共价复合物的形成进行了辅助研究,这些结果均显示了非共价复合物的生成.根据溶解度实验结果,计算了SIPI5838和两种环糊精分子在液相中的生成常数.它们分别为SIPI5838-β-环糊精:1.83×103 mol-1·L,SIPI5838-α-环糊精:3.15×101mol-1·L.两种非共价复合物的稳定程度为β-环糊精-SIPI5838>α-环糊精-SIPI5838.     

蛋白质翻译后脂修饰的结构和功能分析:靶向细胞脂信号

蛋白质翻译后脂修饰是指蛋白质在核糖体合成后与疏水脂质分子的共价结合.在已知共价化学修饰中,脂质分子独特的物理化学性质赋予了蛋白质特殊的结构和功能,并极大地影响蛋白质的膜锚定能力、转运和定位途径、信号转导以及蛋白质相互作用等.多样化的脂质结构和结合方式决定了脂修饰蛋白功能的复杂性,这些脂修饰蛋白与其他已知或未知修饰蛋白一起,在细胞多层次交叉调控信号转导通路中互相影响,协同作用,从而实现对生理活动的精细调控.开展蛋白质翻译后脂修饰结构与功能分析是揭示微生物感染、免疫调节、肿瘤发生发展等机制的重要途径,对发现和筛选疾病标志物以及挖掘新型药物靶标具有重要意义.     

哌嗪衍生物和环糊精分子非共价作用的分析

采用电喷雾质谱(ESI-MS)和核磁共振谱(1HNMR)等方法研究了抗抑郁哌嗪衍生物化合物SIPI5838,SIPI5357和SIPI5358与α-,β-或γ-环糊精(CD)分子生成的非共价复合物及其键合位点。质谱分析结果表明,在水溶液中,SIPI5838分子可以与α-,β-或γ-环糊精分子通过反应生成非共价复合物,其中与β-环糊精可以生成配合比为1:1或1:2的非共价复合物,与α-或γ-环糊精分子则生成配合比为1:1的非共价复合物。SIPI5357与α-,β-或γ-环糊精(CD)分子仅生成配合比为1:1的非共价复合物。核磁共振谱(1HNMR)表明,α-环糊精主要与SIPI5838分子中的苯基结合,β-环糊精可同时与SIPI5838分子中的苯基和萘基结合配合比1:2的非共价复合物,而γ-环糊精则主要与SIPI5838分子中的萘基结合。溶解度实验表明,SIPI5358与α-,β-及γ-环糊精在液相中的结合常数分别为15.4,29.2和175.2mol/L。     

非水溶性药物潜在靶蛋白筛选方法探索

针对化学蛋白质组学在筛选非水溶性药物的靶蛋白中存在的问题,建立了以非水溶性药物颗粒为载体的靶蛋白筛选方法.通过避免药物固定化,不仅可以保留全部的药物官能团,而且减少了蛋白质在固载基质上的非特异性吸附,可提高获得数据的可信度.将非溶性药物地塞米松颗粒直接与人小细胞肺癌H446细胞提取蛋白质通过间歇性振荡孵育24h,然后采用缓冲液清洗药物颗粒,最后对药物颗粒特异性结合的蛋白质进行酶解和分离鉴定.结果表明,筛选出41个潜在的药物靶蛋白,参与了与DEX药物作用机理相关的多种蛋白质代谢通路和糖代谢通路,同时还发现部分蛋白质参与了帕金森症疾病过程.     

核酸靶分子与苦参中生物碱成分的非共价作用研究

本文选择合成了与SARS病毒相关的DNA片段作为抗病毒药物筛选的靶分子.利用生物质谱技术,通过对该核酸分子与常见中药苦参中的两种主要生物碱成分的非共价复合作用的研究,探讨该方法作为药物筛选方法的可行性.