布洛芬与人血白蛋白位点II动态结合过程的分子模拟:一种结合途径分析

人血白蛋白（HSA）主要有两个药物结合位点,位点I和位点Ⅱ,许多小分子优先结合在位点Ⅱ上,包括抗炎类药物布洛芬。本文采用分子模拟方法研究了布洛芬小分子与HSA位点Ⅱ结合的动态过程,探讨了二者的结合机制。首先构建了50个随机分布的布洛芬与HSA复合物体系,经50 ns分子动力学模拟,其中一个布洛芬分子稳定结合于位点Ⅱ。基于该分子的运动轨迹分析,发现布洛芬的结合可分为四个阶段,即远程吸引、表面结合调整、进入位点Ⅱ空腔和稳定结合。比较范德华和静电相互作用能,发现初期以静电吸引为主,中期在HSA表面的两个极性区域间调整,逐步转移至位点Ⅱ附近;然后在位点Ⅱ入口处的极性残基和附近疏水残基的共同作用下,布洛芬进入位点Ⅱ空腔;进入空腔后,静电和疏水共同作用形成稳定结合。在结合过程中,位点Ⅱ附近的蛋白表面发生明显改变,体现出一定的“诱导契合”作用,同时分子模拟得到的结合模式和布洛芬-HSA结合的晶体结构类似。结果表明,分子模拟可以辅助研究小分子和蛋白结合的动态过程,从分子水平阐述相关结合机制。     

桑色素与血清白蛋白相互作用热力学行为

利用荧光光谱、紫外-可见吸收光谱、圆二色谱、分子模拟等方法,在近似生理条件下,以牛血清白蛋白(BSA)为模式蛋白质,研究了桑色素(Morin)和血清白蛋白相互作用的热力学行为及其特征。荧光光谱结果表明:Morin能有效猝灭BSA的内源荧光,猝灭机制为静态猝灭;通过van’t Hoff方程,获取了BSA与Morin结合的热力学参数(?H?、?S?、?G?等),发现Morin与BSA两者之间的相互作用是一个吉布斯自由能降低的自发过程,且氢键和范德华力是二者结合的驱动力。通过分子模拟方法,发现Morin结合在BSA分子亚结构域IIIA的疏水腔内位点II,荧光共振能量转移结果表明Morin和与BSA的两个色氨酸残基的平均距离为3.09nm。圆二色谱结果表明Morin分子的结合会引起BSA分子α-螺旋含量降低。     

荧光法和分子对接研究4种黄酮与血清白蛋白的相互作用

结合分子对接理论和荧光法研究4种黄酮类天然产物与白蛋白的相互作用及作用机理。用FlexX软件研究了黄芩素、黄芩苷、汉黄芩素、灯盏乙素和白蛋白的分子对接,然后用荧光法研究这4种黄酮类天然产物与牛血清白蛋白的结合反应,测定了结合常数KA、结合位点n等参数。研究表明:4种天然产物与牛血清白蛋白结合位点n≈1,温度对结合位点影响不大;黄芩素和汉黄芩素主要通过疏水作用力与白蛋白结合,而黄芩苷和灯盏乙素主要通过氢键和范德华力与白蛋白结合。荧光实验和分子对接理论研究结果一致,两者相互补充,能够从实验和理论两方面协同研究天然产物与蛋白之间的相互作用。     

4-巯乙基吡啶配基与IgG相互作用的分子模拟研究

4-巯乙基吡啶(MEP)是一种新型的疏水性电荷诱导层析(HCIC)配基,具有良好的抗体分离性能,采用分子模拟方法研究MEP配基与IgG间的分子相互作用,以探讨HCIC分离机制.先通过分子对接搜索IgG分子Fc片段A链的蛋白表面,确定12个可能与MEP结合的位点区域,然后用分子动力学模拟考察了其中6个位点的结合性能.结果表明,MEP在Fc-A链表面的结合具有疏水倾向性,pH中性条件下,MEP能稳定地结合在TYR319和LEU309附近的位点,并与两者形成氢键作用,该区域具有疏水性极强的口袋结构;其他位点的结合较不稳定,受MEP取向影响大.在pH4.0酸性条件下,原先稳定结合的MEP快速从Fc-A链表面脱离,主要原因是MEP和Fc间的静电排斥作用,以及疏水作用减弱和氢键结合的消失.通过分子模拟方法,从分子水平验证了HCIC独特的作用机理:疏水相互作用主导吸附,静电排斥作用协助解吸.     

光谱法与分子模拟技术研究杨梅素与牛血清白蛋白的相互作用

利用紫外光谱、荧光光谱、红边激发荧光位移(REES)法、圆二色谱(CD)结合分子模拟技术共同研究了模拟生理条件下杨梅素与牛血清白蛋白(BSA)的相互作用,阐述了相互作用机制.分子模拟结果表明,杨梅素与蛋白在亚结构域II A的疏水腔内结合,主要作用力为疏水作用力和氢键.依据荧光猝灭法判断猝灭机制为静态猝灭,并得到不同温度下药物与蛋白相互作用的结合常数(Ka)及结合位点数(n),根据热力学参数判断出作用力类型,并且计算出杨梅素与蛋白的结合距离,与分子模拟得到的判定结果基本一致.通过紫外光谱、同步荧光光谱以及REES法获得的信息讨论了相互作用时BSA中色氨酸(Trp)微环境的变化;并利用CD谱的测定结果定量计算了BSA二级结构中α-螺旋含量的变化.     

光谱法结合分子对接研究血清蛋白对吴茱萸次碱的识别作用

利用荧光光谱法与分子对接模拟计算系统地研究了吴茱萸次碱同牛血清白蛋白及人血清白蛋白间相互作用情况。荧光光谱实验结果表明,在37℃及生理p H条件下的水溶液中,吴茱萸次碱可以有效地猝灭牛血清白蛋白与人血清白蛋白的荧光发射。根据Stem-Volmer方程及双对数方程计算可知,吴茱萸次碱对牛血清蛋白与人血清白蛋白的荧光猝灭均为静态猝灭,吴茱萸次碱可以同这两种蛋白质形成1:1型稳定的复合物。采用了恒波长同步荧光法研究了吴茱萸次碱与这两种血清蛋白可能的结合位点,并且通过分子对接模拟计算方法推测了吴茱萸次碱与这两种血清蛋白可能的结合模型,结果表明,吴茱萸次碱与血清蛋白最有可能的结合位点为Trp213残基(牛血清白蛋白)或Trp214残基(人血清白蛋白)附近。     

谱学与分子模拟研究甲磺酸酚妥拉明与肌红蛋白作用的分子机理

利用紫外吸收光谱、荧光光谱结合分子模拟技术研究了在模拟生理条件下甲磺酸酚妥拉明(phentolamine mesylate,PM)与肌红蛋白(myoglobin,Mb)的作用机制.实验结果表明:药物小分子甲磺酸酚妥拉明与蛋白相互作用时结合位点数为1,表观结合常数KA为5.27×104L·mol-1.分子模拟结果表明:PM在Mb上的结合位点是site1活性口袋,两者通过疏水作用、亲水作用、氢键作用以及静电作用结合.PM与Mb中的氨基酸残基Trp,Tyr和Phe发生疏水相互作用,进而导致Mb的紫外吸收峰强度降低以及荧光的猝灭.它们之间负的ΔG值表明结合反应是热力学允许的。     

光谱法研究黄曲霉毒素B1与人血清白蛋白的结合反应

黄曲霉毒素B1(AFB1)是目前发现的致癌能力最强的真菌毒素,严重危害人畜健康.人血清白蛋白(Human serum albumin,HSA)在结合、运输内源性和外源性等小分子物质方面具有重要的生理功能.研究AFB1与HSA的相互作用机理和作用过程,在分子毒理学上具有重要意义.本研究模拟在人体血液pH条件(pH7.4,离子强度0.1 mol/L),通过荧光淬灭、3D荧光法和圆二色谱(Circular dichroism,CD)等光谱方法研究AFB1与人血清蛋白的相互作用.结果表明,AFB1与HSA的内源荧光淬灭属于静态淬灭,AFB1-HSA在298,303,308和313 K4个温度条件下,结合常数均为104数量级,结合位点都约为l.根据Van't Hoff方程,AFB1-HSA体系是熵增焓减的自发过程,分子间主要作用力为疏水作用和氢键.基于F(o)rster's能量转移,得知AFB1与HSA结合距离为3.31 nm.竞争结合实验表明,AFB1结合在HSA的siteI位点上,靠近色氨酸Trp-214.通过3D荧光分析,AFB1的结合作用导致了HSA氨基酸残基微环境和二级构象发生变化.圆二色谱的分析结果表明,二者的结合使得HSA的α-螺旋含量增加.     

改进荧光光谱法研究药物与血清白蛋白的相互作用

为了解决蛋白与药物分子的荧光光谱相互作用分析存在的缺点,采用小分子为荧光检测对象,以血清白蛋白(SA)为猝灭剂,研究了模拟生理条件(pH=7.4)下伯氨喹、十二烷基苯磺酸钠和西酞普兰与SA的相互作用。测得伯氨喹、十二烷基苯磺酸钠和西酞普兰与SA的结合常数Kb分别为8.16×104L/mol、4.14×106L/mol和6.08×107L/mol。这种改进荧光光谱法能更准确和全面地表达出SA与药物的相互作用信息。通过紫外吸收光谱相互作用分析法对改进方法进行了验证。并推测出药物与蛋白之间存在一种"点对面"的作用方式。     

甲磺酸培氟沙星与人血清白蛋白之间结合模式的研究

采用实验和计算的方法研究了甲磺酸培氟沙星与人血清白蛋白之间的结合作用.荧光法测得甲磺酸培氟沙星与人血清白蛋白形成一种类型的复合物,结合常数为1.7×10⁵ L&;#8226;mol^－1,有1.05个平均结合位点；微量热法测得该药物-蛋白结合过程中焓变为1.03 kJ&;#8226;mol^－1,熵变为101.28 J&;#8226;K^－1&;#8226;mol^－1,反应为熵驱动.用分子对接的方法预测了甲磺酸培氟沙星与人血清白蛋白的结合模式.计算表明,甲磺酸培氟沙星可结合在人血清白蛋白的两个药物结合位点,疏水作用即熵效应在药物与蛋白的结合中起重要作用,预测的结合自由能和实验值基本一致.     

Mtb_G5K同源建模及其与[3,2-c]喹啉对接研究

结核病一直困扰着人类的健康。谷氨酸5-激酶(G5K,Glutamate 5-Kinase)作为新型抗结核药物靶标,小分子活化剂与其结合后,激活生物合成途径,会产生过量的脯氨酸和活性氧,从而杀死结核分枝杆菌(Mtb)。本文基于结核分枝杆菌谷氨酸5-激酶(Mtb_G5K)的一级序列,采用同源模建的方法构建Mtb_G5K蛋白三维结构并对其优化,运用三种方法分别对模型的各个方面进行评估,从而得到合理的蛋白质三维模型;构建小分子并将其能量最小化获得药物分子的最低能量构象,用Autodock将小分子对接到Mtb_G5K的活性位点;分析探讨[3,2-c]喹啉类小分子结合模式,观察蛋白与小分子之间的相互作用并预测具有稳定结合的高活性药物,从而推断出喹啉环的取代基采用相对分子质量较大的官能团能够增强药物小分子的酶催化活性。本研究结果对将来抗结核小分子的研发设计提供了新的思路。     

二芳基乙烯衍生物与DNA结合的分子动力学研究

基于分子动力学方法, 对2种旋转异构的二芳基乙烯(DTE, dithienylethene)衍生物(DTE1和DTE2)与不同分子结构DNA结合过程的热力学与动力学特征进行模拟, 结果发现, DTE1, DTE2与DNA分子采用小凹槽结合(MiGB)的模式结合时所需能量最低, 存在的分子间库仑能与范德华相互作用能最小, 说明该结合模式最稳定; 由于空间位阻作用, 互为旋转异构体的2个DTE衍生物与DNA作用表现出截然不同的结合行为, DNA对DTE衍生物具有明显的对映异构体选择性; DTE衍生物与DNA分子作用位点的选择性直接与构成位点的碱基对相关.     

甲氨蝶呤与牛血清白蛋白相互作用的光谱和分子对接研究

利用紫外-可见吸收光谱法、傅立叶红外光谱法和分子对接技术研究了抗癌药物甲氨蝶呤与牛血清白蛋白的相互作用。紫外光谱发现,在298 K和308 K,甲氨蝶呤与牛血清白蛋白结合常数分别为5.28×105L/mol和6.14×105L/mol,通过热力学计算得到反应的焓变和熵变。热力学函数说明甲氨蝶呤与牛血清白蛋白之间的作用力主要为疏水作用力。红外光谱表明甲氨蝶呤与牛血清白蛋白分子中氨基酸残基的硫及氮原子形成键合作用。结合AutoDock 4.2分子对接软件模拟研究了二者的键合模式和键合机制,表明甲氨蝶呤与牛血清白蛋白的相互作用力主要是疏水作用。     

全硫取代三苯甲基自由基酯基衍生物与牛血清白蛋白的相互作用

采用荧光光谱、电子顺磁共振（EPR）波谱、紫外-可见吸收光谱和分子对接等技术研究了全硫取代三苯甲基（TAM）自由基酯基衍生物ET-03与牛血清白蛋白（BSA）的相互作用,发现ET--03与BSA能自发发生结合作用;主要以疏水作用力结合在BSA亚结构域ⅡA（位点Ⅰ）和亚结构域ⅢA（位点Ⅱ）上;ET-03对BSA的荧光猝灭效应为动态、静态混合猝灭机制,且可能存在非辐射能量转移.研究结果表明,酯基衍生化TAM自由基与白蛋白能自发结合,有望用于蛋白构效关系研究;同时也提示将TAM自由基酯基衍生物用于活体成像或自旋标记物时应考虑其与蛋白相互作用的影响.     

八种黄酮类天然产物对高危型HPV16/18 E6蛋白的分子对接研究

宫颈癌以其高发病率和高死亡率严重危害女性健康,传统治疗手段有效率低且治疗过程给患者带来极大痛苦。近年来,许多天然植物来源化合物已被确定为治疗和预防宫颈癌的有希望的药物来源,但天然产物治疗癌症的具体作用机制尚未明确。因此,本文选取了8种黄酮类天然小分子抑制剂,分别与高危型HPV16/18 E6蛋白重要位点LxxLL疏水口袋进行分子对接研究,以期探索天然产物抗宫颈癌的作用机制。对接分析显示,这些天然产物均与HPV18E6蛋白LxxLL疏水口袋产生较强相互作用,与HPV16 E6蛋白对接时,木犀草素则比其他7种黄酮类化合物结合得更为深入,这些相互作用可能有助于p53功能的恢复。对接分析有助于理解蛋白质-配体相互作用的分子机制,为设计治疗HPV感染的新药提供依据。     

电喷雾质谱法研究天然产物小分子识别人类端粒G-四链体及复合物的热稳定性

利用电喷雾质谱(ESI-MS)研究了12种天然产物小分子与人类端粒G-四链体结构的非共价相互作用和识别功能, 比较了不同小分子与人类端粒G-四链体的结合强弱, 发现了一种新的识别小分子——防己诺林碱对人类端粒G-四链体有很好的结合. 通过质谱升温实验比较了小分子结合对G-四链体热稳定性的影响, 防己诺林碱的结合使G-四链体的离子的解离温度(T1/2)上升到200 ℃. 利用分子模拟对G-四链体DNA与小分子结合的模式以及稳定性进行了探讨, 给出了防己诺林碱可能的结合位点和结合模式, Autodock计算出来的结合能约为-31.5 kJ·mol-1. 同原来的平面型分子不同, 防己诺林碱是一类新型结构的分子, 为设计合成新型G-四链体识别分子提供了新的结构模型.     

光谱技术结合分子模拟测定塑化剂邻苯二甲酸二正辛酯与人血清白蛋白相互作用模式

在生理酸度(pH 7.4)条件下,采用荧光光谱、紫外-可见吸收光谱、圆二色谱(CD)和红外光谱(FT-IR)等多种光谱方法并结合分子模拟技术,测定了塑化剂邻苯二甲酸二正辛酯(DnOP)与人血清白蛋白(HSA)的相互作用模式。荧光滴定结果表明,DnOP对HSA内源荧光的猝灭机制为形成HSA-DnOP复合物的静态猝灭,其在不同温度下的熵变(ΔS°)和焓变(ΔH°)分别为35.32 J·mol-1·K-1和-9.13 kJ·mol-1,表明结合反应主要由疏水作用和氢键驱动。位点竞争实验表明DnOP与曙红Y发生了置换反应,揭示DnOP主要结合在HSA亚结构域ⅡA(SiteⅠ位),分子模拟结果显示,DnOP插入亚结构域ⅡA的疏水空腔,通过疏水作用以及DnOP的羰基氧与His242氨基酸残基间形成的氢键与蛋白结合,实验结果与荧光光谱及位点竞争实验一致。紫外-可见光谱、CD及FT-IR光谱的分析结果表明,DnOP与HSA结合导致了HSA二级结构发生变化,降低了HSA中α-螺旋的含量,并诱导HSA的多肽链发生部分伸展。     

噻吩并嘧啶类FLT3抑制剂结合模式预测与分析

FLT3(FMS样酪氨酸酶III)是酪氨酸激酶受体(RTKIII)成员之一,其异常超表达或突变与急性髓细胞白血病(AML)呈现非常大的相关性,成为治疗AML的重要靶位点。本文采用不同的方法对FLT3活性位点进行了预测,利用分子对接、分子动力学以及药效团分析研究了新型嘧啶类化合物与FLT3的相互作用与结合模式。分子对接得到的结合模式与分子动力学模拟得到的结果一致,结合药效团分析表明该嘧啶类化合物主要通过疏水相互作用和氢键与FLT3激活位点结合,从而起到抑制作用。本研究对以FLT3为靶点的嘧啶类抑制剂的开发提供了理论和实验依据。     

考拉维酸对人血清白蛋白结构的影响

利用多种荧光光谱法、紫外光谱法并结合分子模拟等方法,表征了模拟生理条件下一种植物药活性组分考拉维酸(KA)影响人血清白蛋白(HSA)的结构信息.同步荧光及紫外光谱证实考拉维酸的存在影响了HSA的微环境;二维及三维荧光光谱表明考拉维酸可以猝灭HSA的内源荧光,使其构象发生变化.荧光偏振的测定提供了考拉维酸与HSA作用后生成的配合物弛豫时间与聚集特性的信息,揭示KA的存在使HSA的流动性和微粘度发生变化.定量求得不同温度下(298、308和318 K)考拉维酸与HSA作用的键合参数和热力学参数.分子模拟表明考拉维酸键合位点于HSA分子的疏水腔内,并与赖氨酸Lys195和天冬氨酸Asp451形成三个氢键,与HSA的键合模式主要是疏水作用;位点竞争实验证明考拉维酸在HSA亚结构域的位点II位发生作用.另外,获得的相关物理化学参数从分子水平上揭示了考拉维酸与HSA相互作用的机制.结果表明,HSA对考拉维酸有较强的结合能力,提示人血清白蛋白对考拉维酸可起到储存和转运的作用.     

中药小分子阿魏酸和丹皮酚与人血清白蛋白的竞争结合作用研究

用亲和色谱研究了两种中药小分子阿魏酸(FA)、丹皮酚(PAE)在人体生理条件缓冲溶液(pH7.4)条件下与人血清白蛋白(HSA)的相互作用.从药物分子在蛋白质分子上有多种类型相互独立的结合位点的假定出发,应用Langmuir吸附模型和竞争置换分析研究了FA,PAE与HSA的竞争性相互作用.结果表明,FA,PAE与HSA之间存在一类位点,且FA与PAE竞争HSA上的indole位点(siteⅡ).根据热力学参数推测出FA,PAE与HSA之间的作用力主要为氢键作用.从FA,PAE竞争HSA上同一位点的角度,对中医用药中常将含有FA与含有PAE的中药配伍使用,以提高疗效的临床用药现象进行了解释.