光谱法和分子对接模拟技术研究托拉塞米与胃蛋白酶和胰蛋白酶的相互作用（英文）

托拉塞米(TOR)属于吡啶磺酰脲类袢利尿剂,被广泛有效地用于高血压,心脏衰竭,慢性肾功能衰竭和肝脏疾病的治疗。TOR在治疗过程中易引起的不良反应之一为轻微肠胃不适。然而,TOR与消化蛋白酶(胰蛋白酶和胃蛋白酶)分子间的相互作用鲜有报道。在模拟生理条件下,采用荧光光谱、紫外-可见吸收光谱、圆二色谱和分子对接技术研究了不同温度下托拉塞米(Torasemide,TOR)与胃蛋白酶(Pepsin)和胰蛋白酶(Trypsin)间的相互作用。所有荧光数据均进行了内滤光校正以获得更准确的结合参数。结果表明,TOR-Pepsin和TOR-Trypsin体系的猝灭常数(KSV)均与温度呈负相关,说明TOR与Pepsin及Trypsin之间的作用机制均为静态荧光猝灭。利用紫外-可见吸收光谱、同步荧光光谱、3D荧光光谱和圆二色光谱法考查了TOR对Trypsin和Pepsin构象的影响。结果发现胃蛋白酶或胰蛋白酶中酪氨酸残基的极性改变较色氨基更明显,TOR可改变色氨酸残基的微环境并降低Trypsin和Pepsin中β-折叠结构,进而可能影响其生理功能。分子对接结果表明,TOR与Pepsin的结合位点位于由Asp-32和Asp-215组成的活性中心周围,从而抑制Pepsin活性。而TOR通过疏水作用力结合在Trypsin的口袋型底物结合位点(S1口袋),促进底物进入酶活性中心,最终表现为Trypsin活性升高。该研究探讨了TOR与胃蛋白酶和胰蛋白酶的结合作用和毒性机制,为TOR的安全使用提供重要依据。     

荧光光谱法和分子对接模拟技术研究白藜芦醇与胃蛋白酶的相互作用

白藜芦醇（Resveratrol, RES）属于非黄酮类多酚化合物,存在于葡萄科、百合科等多种植物体内,是一种具有多种生物活性和药理作用的天然活性物质,被广泛应用于食品和药品领域。研究表明多酚在生物体消化吸收过程中,会与消化酶（如胃蛋白酶、胰蛋白酶等）相互作用,使多酚类物质和消化酶的生物活性发生改变,进而影响多酚物质和其他营养物质的消化吸收,而RES与胃蛋白酶(Pepsin, PEP)的分子间相互作用机制未见报道。采用荧光光谱、紫外-可见吸收光谱、红外光谱和分子对接模拟等技术研究不同温度下RES与PEP相互作用的结合特性,为阐明RES和PEP的作用机制提供重要信息,同时为RES在食品和药品领域的应用提供理论参考。荧光光谱实验结果表明,PEP的荧光强度随着RES浓度的增加呈现出有规律的降低,表明RES对PEP有荧光猝灭作用。加入RES前后,PEP的紫外吸收光谱发生明显变化,初步判断RES与PEP的相互作用属于静态荧光猝灭类型;根据Stern-Volmer方程计算得到不同温度下最小猝灭速率常数K_q值远大于猝灭剂对生物大分子的最大扩散碰撞常数2.0×1010 L·mol-1·s-1,且猝灭常数(K_SV)与温度呈负相关关系,进一步验证了RES与PEP静态荧光猝灭类型结论。化学计量结合的值数目大约等于1,表明一个RES分子只能结合一个PEP分子。根据Van’t Hoff 方程以及热力学方程计算得到结果显示,ΔG＜0,说明RES与PEP的结合过程可以自发进行;ΔH＜0和ΔS＜0,表明RES与PEP之间结合作用力类型主要是氢键和范德华力。RES与PEP相互作用的同步荧光光谱和三维荧光光谱图表明,在RES的作用下,PEP的构象和微环境发生变化,色氨酸或酪氨酸残基所处微环境极性增强,疏水性减弱,蛋白构象变得疏松。红外光谱显示RES能使PEP的二级结构中α螺旋含量降低,β折叠含量增加,β转角和无规则卷曲变化不明显,这可能会影响PEP的活性。分子对接模拟实验结果显示RES与PEP中的残基Asp-32,Gly-34,Ser-35,Asn-37,Tyr-75,Gly-76,Thr-77,Ile-128,Ala-130及Gly-217有范德华力作用,与残基Ile-128及Asp-215产生超共轭效应,与残基Ser-36,Asn-37,Ile-128及Thr-218形成氢键,各种作用力使RES与PEP形成较稳定的复合物。     

光谱法结合分子模拟技术研究左氧氟沙星与胃蛋白酶的相互作用机理

在模拟生理条件下,采用荧光光谱法结合分子对接技术研究了左氧氟沙星与胃蛋白酶的相互作用。不同温度下的Stern-Volmer曲线结果表明,左氧氟沙星主要以静态猝灭的方式使胃蛋白酶的荧光产生猝灭。由热力学数据确定了两者之间存在的作用力主要为静电作用力。三维荧光光谱实验结果表明,在左氧氟沙星与胃蛋白酶发生作用过程中引起了胃蛋白酶中酪氨酸和色氨酸残基构象的变化,从而导致胃蛋白酶发生了猝灭作用。为了进一步探讨左氧氟沙星与胃蛋白酶相互作用的分子机理,利用分子对接技术对两者的相互作用进行模拟。结果表明两者发生作用的区域位于胃蛋白酶的催化活性中心,左氧氟沙星的进入导致酶催化中心氨基酸残基的微环境发生改变,从而对胃蛋白酶的活性造成影响,这可能也是左氧氟沙星引起消化不良的主要原因。     

对磺酸基杯芳烃与胃蛋白酶相互作用的光谱研究

模拟人体生理条件,利用荧光光谱和UV-Vis吸收光谱研究对磺酸基杯芳烃与胃蛋白酶的作用机理。由Stern-Volmer方程及UV-Vis吸收光谱得其荧光猝灭类型为静态猝灭,求出结合常数。由热力学参数判断其作用力主要为静电作用。同时根据能量转移理论得出荧光给体和受体间的距离r。并由同步荧光光谱研究得出对磺酸基杯芳烃存在下胃蛋白酶的构象发生了变化。     

烟草中CuZnSODⅢ的荧光光谱及pH值和H2O2敏感性

考察了烟草中CuZnSODⅢ在不同pH值和H2O2加入量前后的荧光光谱。用同步荧光技术区分蛋白质分子中酪氨酸和色氨酸残基的荧光,进一步结合荧光猝灭现象和三维荧光特征,探讨发色团微环境及蛋白质分子构象行为,推断得出H2O2对荧光的猝灭属于氧化还原猝灭和双分子碰撞猝灭双重机制,及色氨酸残基对pH值和H2O2更为敏感的结论。     

杀鼠剂溴鼠灵与牛血清白蛋白相互作用的光谱法研究

利用紫外吸收光谱,荧光光谱和同步荧光技术研究了牛血清白蛋白和杀鼠剂溴鼠灵的相互作用.结果表明溴鼠灵对牛血清白蛋白的内源荧光有较强的猝灭作用,两者形成了新的复合物,属于静态荧光猝灭,并且伴随着分子内的非辐射能量转移.通过双倒数及双对数曲线计算了不同温度下的猝灭速率常数Ksv,结合位点数n,结合常数KA,并根据相对应的热力学参数判断二者之间主要为疏水作用力.依据F(o)rster非辐射能量转移理论求出了溴鼠灵和蛋白质问的结合距离r,确定了溴鼠灵在蛋白质上的结合位置.在20和30℃时r分别为2.84和2.87 nm.同步荧光光谱显示,与溴鼠灵作用后BSA分子的二级结构发生了改变.初步探讨了二者的结合模式与作用机制:溴鼠灵分子通过静电引力靠近蛋白质的疏水腔,并以疏水作用力与疏水腔中的氨基酸残基发生相互作用,导致色氨酸残基微环境极性变化.其结果不但阻止了酪氨酸残基与色氨酸残基间的能量转移,而且使色氨酸残基与溴鼠灵分子间产生非辐射能最转移,从而猝灭BSA的内源荧光.     

光谱法和分子对接模拟技术研究异烟肼对人血清白蛋白和过氧化氢酶的特异性结合及抑制作用

异烟肼(Isoniazid, INH)是最常用的一线抗结核药物之一。据报道,人体内高浓度的异烟肼可导致癫痫, 肝功能衰竭, 甚至死亡。因此,研究异烟肼对人血清白蛋白(HSA)和过氧化氢酶(CAT)的结构和活性的潜在结合影响有利于评估其毒性和副作用。在模拟生理条件下,利用多种荧光光谱和分子对接技术研究INH与HSA和CAT之间的相互作用。所有荧光数据均进行了内滤光校正以获得更准确的结合参数。结果表明,INH-HSA和INH-CAT体系的猝灭常数(K_sv)随着温度的升高而降低,表明INH对HSA及CAT的荧光猝灭机理为静态猝灭。利用紫外-可见吸收光谱、同步荧光光谱、和圆二色(CD)光谱法研究了INH对HSA和CAT构象的影响。结果发现,INH可改变色氨酸残基的微环境并降低HSA和CAT中α-螺旋结构,导致蛋白质结构发生伸展,进而可能影响其生理功能。分子对接结果表明,INH与HSA的结合位点位于HSA的site Ⅰ,ⅡA子域。INH可以进入CAT中β-折叠的桶状空腔,从而抑制CAT的活性。Hill系数结果表明,INH与左氧氟沙星(LVFX,一种安全有效的二线抗结核药物,与其他抗结核药物联合使用可以提高抗结核疗效)之间存在药物协同性,促进INH与HSA的相互作用。另外,CD光谱测定表明INH与LVFX的协同作用改变HSA的二级结构,使α-螺旋结构降低约7.9%。该研究探讨了INH与HSA和CAT之间的结合作用和毒性机制,为INH的安全使用提供重要依据。     

光谱法及分子对接技术研究黄体酮与牛血清白蛋白的结合机制

黄体酮(Progesterone,PROG)是临床用于治疗先兆流产的常用药物之一,但其在生物体内的运输机制尚不明确。本文整合荧光光谱、红外光谱及分子对接等实验技术研究了PROG和牛血清白蛋白(BSA)之间的相互作用机制。光谱学实验结果表明,PROG在BSA的结合位点Ⅰ处与其结合,从而引起BSA的内源荧光猝灭,猝灭机制为静态猝灭和非辐射能量转移,两者之间的结合距离为1.63 nm。在人体正常体温条件下,两者的结合常数为1.423×10~4 L·mol~(-1)。根据热力学公式计算得到两者结合过程中ΔH=-65.31 kJ·mol~(-1)和ΔS=-131.63 J·mol~(-1)·K~(-1),说明PROG和BSA之间的主要作用力为氢键和范德华力。红外光谱研究结果表明,PROG能使BSA构象发生改变,其中α-螺旋结构和β-片层结构含量下降,β-折叠结构含量上升。分子对接结果表明,PROG与Trp214之间的相互作用是引起BSA荧光猝灭的主要原因,且PROG与Lys195残基之间存在的氢键有利于PROG-BSA复合物的稳定。分子对接结果与光谱实验结果相互印证,为揭示PROG在人体运输储藏过程提供了数据支撑。     

光谱法和分子对接模拟技术研究异烟肼对人血清白蛋白和过氧化氢酶的特异性结合及抑制作用（英文）

异烟肼(Isoniazid,INH)是最常用的一线抗结核药物之一。据报道,人体内高浓度的异烟肼可导致癫痫,肝功能衰竭,甚至死亡。因此,研究异烟肼对人血清白蛋白(HSA)和过氧化氢酶(CAT)的结构和活性的潜在结合影响有利于评估其毒性和副作用。在模拟生理条件下,利用多种荧光光谱和分子对接技术研究INH与HSA和CAT之间的相互作用。所有荧光数据均进行了内滤光校正以获得更准确的结合参数。结果表明,INH-HSA和INH-CAT体系的猝灭常数(Ksv)随着温度的升高而降低,表明INH对HSA及CAT的荧光猝灭机理为静态猝灭。利用紫外-可见吸收光谱、同步荧光光谱、和圆二色(CD)光谱法研究了INH对HSA和CAT构象的影响。结果发现,INH可改变色氨酸残基的微环境并降低HSA和CAT中α-螺旋结构,导致蛋白质结构发生伸展,进而可能影响其生理功能。分子对接结果表明,INH与HSA的结合位点位于HSA的siteⅠ,ⅡA子域。INH可以进入CAT中β-折叠的桶状空腔,从而抑制CAT的活性。Hill系数结果表明,INH与左氧氟沙星(LVFX,一种安全有效的二线抗结核药物,与其他抗结核药物联合使用可以提高抗结核疗效)之间存在药物协同性,促进INH与HSA的相互作用。另外,CD光谱测定表明INH与LVFX的协同作用改变HSA的二级结构,使α-螺旋结构降低约7.9%。该研究探讨了INH与HSA和CAT之间的结合作用和毒性机制,为INH的安全使用提供重要依据。     

叶酸与人血清白蛋白结合作用的光谱研究

在不同温度下的pH 7.4的Tris-HCl缓冲溶液体系中, 采用荧光光谱、紫外吸收光谱和同步荧光光谱研究了人血清蛋白与叶酸的相互作用。研究表明,这种相互作用使人血清白蛋白发生内源荧光猝灭,属于静态猝灭机制。通过计算得到人血清蛋白与叶酸在17和37 ℃下静态猝灭的猝灭速率常数分别为7.396 6×104和7.2652×104 L·mol-1、结合常数分别为7.50×104和1.98×105 L·mol-1、结合位点数均为1。根据Förster非辐射能量转移机理,求算出给体(HSA)与受体(叶酸)间的作用距离和能量转移效率分别为1.77和0.052 65 nm,并结合热力学参数说明了叶酸分子与人血清白蛋白的作用以疏水作用为主,同时也存在静电引力。利用同步荧光光谱研究了人血清蛋白与叶酸的相互作用中HSA的构象变化,发现色氨酸残基所处环境的疏水性降低,说明叶酸分子进入了人血清白蛋白的疏水腔中。     

Spectroscopic study and application of the interaction mechanism of meloxicam with trypsin

Abstract

In order to explore the interaction between meloxicam and trypsin, the interaction mechanism between meloxicam and trypsin was studied by fluorescence spectrum, UV-vis absorption spectrum, circular dichroism spectrum, and molecular docking simulation under the experimental condition of pH = 7.40. The results of spectral experiments showed that meloxicam could effectively quench the internal fluorescence of trypsin in the form of static quenching, formed a stable complex at 1:1, and changed the conformation of trypsin. The results of thermodynamic constant showed that ΔG?H?S?>?0 indicates that the main force type of the binding system was hydrophobic interaction and hydrogen bonding. Molecular docking technique showed that the best binding site between meloxicam and trypsin was near the catalytic active center of trypsin, and the interaction between them changed the microenvironment of amino acid residues in the catalytic active center of trypsin. The mathematical model of drug and protein showed that when the concentration ratio of meloxicam to trypsin was 1:1, the protein binding rate of the binding system was 5.15%. The concentration ratio of meloxicam to trypsin was 30: 1, and the protein binding rate was 45.4%. The results showed that when the drug concentration was high, the binding effect of the system had a great influence on the concentration of free trypsin.     

计算机模拟和光谱法研究头孢他美酯与胃蛋白酶的结合机理

采用多种光谱法及计算机模拟技术研究了298,303,310 K温度下,头孢他美酯（CFP）与胃蛋白酶（PEP）之间的结合机理。结果表明,CFP主要以非辐射能量转移的静态猝灭方式猝灭PEP的荧光,两者主要通过静电作用力结合,其结合率在310 K为74.73%~92.13%。采用同步荧光法和圆二色谱法研究CFP对PEP的反应,结果表明两者的结合诱导了PEP的构象变化,使PEP的内源荧光猝灭。采用计算机模拟CFP与PEP的对接,结果表明CFP结合在PEP的催化活性位点处,该结论与光谱法所得结果一致。利用CFP对PEP的荧光猝灭反应,可以实现对实际药品中CFP含量的快速测定。     

Interaction between trelagliptin and pepsin through spectroscopy methods and molecular dynamics simulation

The interaction between trelagliptin and pepsin was probed through spectroscopy methods and molecular dynamics simulation. Results of fluorescence lifetime and fluorescence spectroscopy analysis showed that trelagliptin can spontaneously interact with pepsin through a static quenching. This interaction was mainly driven by hydrogen bonding and van der Waals, as evident from thermodynamic parameters and molecular dynamics simulation. The microenvironment of tyrosine residues and the secondary structure of pepsin were slightly influenced by trelagliptin based on synchronous fluorescence, three-dimensional fluorescence, and circular dichroism spectra. In addition, the activity of pepsin was hardly affected by the insertion of trelagliptin. Molecular dynamics simulations were used to further analyze the pepsin–trelagliptin complex. This study provides useful information for binding mechanisms of trelagliptin on pepsin.     

Investigation on the interaction of glipizide with bovine hemoglobin by spectroscopy and molecular docking

This study aims to investigate the interaction between glipizide and bovine hemoglobin using fluorescence quenching, circular dichroism spectroscopy in various temperatures (293, 303, and 310?K) and molecular docking methods. The results demonstrated that glipizide could cause strong fluorescence quenching of bovine hemoglobin by a dynamic quenching mechanism, during which the hydrophobic interaction played a dominant role in this system. The order of magnitude of binding constant is 10⁴, and the number of binding site in the system was close to 1. It also showed that tyrosine residues and tryptophan residues were both involved in the binding of glipizide with bovine hemoglobin, and was closer to the later. Circular dichroism spectra revealed that the conformation of bovine hemoglobin was changed during the binding reaction. The interaction of the system was studied by both spectroscopic method and molecular docking simulation, and the conclusions are consistent.     

Interaction of hen egg white lysozyme with cefpiramide sodium: multi-spectroscopic and computational simulations

Abstract

Under simulated physiological conditions (pH?=?7.40), the interaction between cefpiramide sodium and hen egg white lysozyme was studied with multi-spectroscopy and molecular docking. The results showed that cefpiramide sodium quenched the fluorescence of hen egg white lysozyme by static quenching, and the number of binding site n was about 1. The binding distance (r) between cefpiramide sodium and hen egg white lysozyme was obtained based on the Förster nonradioactive resonance energy transfer and r was less than 7?nm, which indicated that there was a non-radiative energy transition in the system. The thermodynamic parameters were obtained from the van't Hoff equation, and the Gibbs free energy ΔG?H?S?>?0, indicating hydrophobic interaction played a major role in forming the cefpiramide sodium-hen egg white lysozyme complex. Synchronous spectra, circular dichroism spectra and UV-Vis spectra showed that cefpiramide sodium changed the conformation of hen egg white lysozyme. The molecular docking results showed that the binding position of cefpiramide sodium was close to the active center composed of Asp52 and Glu35 residues, suggesting that cefpiramide sodium could change the microenvironment of amino acid residues at the catalytic active center of hen egg white lysozyme.     

Spectrophotometric studies on the binding of Vitamin C to lysozyme and bovine liver catalase

The patterns of Vitamin C (ascorbic acid) binding to lysozyme (LYSO) and bovine liver catalase (BLC) were investigated at 298, 308 and 316 K at pH 7.40 using spectrophotometric techniques. The quenching mechanism, binding constant and the number of binding sites were determined by fluorescence experiments. Moreover, the Stern-Volmer fluorescence quenching constant (K_SV) of LYSO by Vitamin C was more sensitive to the temperature changes than that of BLC by Vitamin C. The thermodynamic data suggest that hydrogen bonds were the predominant intermolecular forces in the binding reaction. The effect of Vitamin C on the conformation of LYSO or BLC was analyzed using synchronous fluorescence, UV-vis absorption and circular dichroism (CD) spectra.     

Potential influence on drug efficacy from interaction of tartrazine and trypsin

The extent to which drugs combine with trypsin is influenced by the interaction of tartrazine and trypsin, which may cause overdose or underdose of drugs. Therefore, the interaction of tartrazine and trypsin is investigated by methods of spectrometry in this paper. The binding rate of tartrazine to trypsin is 80.95–95.71% at 310?K, and Hill’s coefficients are almost 1. The effect of tartrazine on trypsin structure was studied by synchronous and circular dichroism. The results showed that the binding of tartrazine and trypsin induced the conformational change of trypsin, and quenched the endogenous fluorescence in trypsin. The results of molecular docking revealed that tartrazine is located in the catalytic active site of trypsin, and is consistent with that of experimental calculation.     

四溴联苯醚(BDE47)与溶菌酶的相互作用研究

在模拟人体生理条件下,采用分子模拟结合三维荧光、圆二色谱、荧光光谱、时间分辨荧光等光谱方法,研究了四溴联苯醚（BDE47）与溶菌酶的相互作用机制。结果表明：BDE47能有效地猝灭溶菌酶的内源性荧光,猝灭机制为静态猝灭。分子对接显示,BDE47与溶菌酶分子中的TRP62,TRP63,ARG61,ASN59,ALA107和ILE98等氨基酸残基具有相互作用,且BDE47分子中的醚键O原子与TRP63形成了氢键,氢键距离为2.2 Å。三维荧光的实验结果表明,BDE47的加入导致了溶菌酶的荧光强度降低,峰位置发生略微红移,BDE47与溶菌酶之间的结合作用改变了溶菌酶的微环境。圆二色谱分析则进一步证明,BDE47的存在引起了溶菌酶的构象发生改变,导致α-螺旋结构的含量减少。根据Föster非辐射能量转移理论计算得出,供体（溶菌酶）与受体（BDE47）的结合距离r为3.31 nm,满足非辐射能量的条件。分析四个温度下的热力学参数发现,BDE47与溶菌酶之间的结合是一个自发放热的过程,主要驱动力为氢键和范德华力,与分子对接、结合自由能分析结论一致。     

多光谱法和分子对接模拟法研究黄腐植酸和牛血清白蛋白的相互作用

在模拟生理环境中,使用荧光光谱法、紫外光谱法、圆二色谱法、同步荧光光谱法、三维荧光光谱法与分子对接模拟法研究黄腐植酸和牛血清白蛋白(BSA)之间相互作用。在荧光光谱法研究中,经Stern-Volmer方程计算得到298,303和308 K温度下的动态荧光猝灭速率常数K_q和猝灭常数,证明BSA与黄腐殖酸(FA)相互作用的猝灭过程为静态猝灭;同时根据计算得出的结合位点数n都在1附近,FA与BSA体系相互作用比为1∶1;利用静态猝灭双对数方程计算三个温度下的热力学参数,焓变ΔH<0,熵变ΔS＜0,得出结论,FA与BSA之间的主要作用力为氢键和范德华力;ΔG＜0,说明作用过程为自发过程。采用Förster’s偶极-偶极非辐射能量转移理论,计算出结合距离r=6.340 nm,表明BSA与FA之间存在非辐射能量转移。分子对接模拟结果表明FA与BSA残基的结合作用力具有氢键和范德华力,同时二者之间还存在疏水作用力,多种力共同作用使FA与BSA能够稳定结合。通过对FA与BSA相互作用的紫外-可见吸收光谱分析,发现BSA最大吸收峰发生了较为明显的红移,表明FA使BSA的二级结构发生改变。通过研究FA与BSA相互作用的同步荧光光谱,得到FA使BSA中的色氨酸（Trp）残基周围的微环境极性增强,疏水性减弱,亲水性增强,使BSA的蛋白质构象发生了一定程度的改变。通过研究FA与BSA相互作用的三维荧光光谱,峰1（peak 1）与峰2（peak 2）的最大发射波长峰都发生了红移,证明FA与BSA发生了相互作用,FA使BSA周围环境的极性增大,疏水性减小,亲水性增加,BSA蛋白质构象发生变化。最后采用圆二色谱法进行分析,利用软件计算得出该实验相互作用体系下α-螺旋（α-Helix）减少2.3％、β-折叠（β-sheet）增加7.7％、β-转角（β-Turn）增加0.6％和无规则结构（Random coil）含量减少1.2％,β-折叠（β-sheet）含量增加最为明显, 强有力地说明了FA使BSA结构发生了改变。