Halogen Bonding： An AIM Analysis of the Weak Interactions

A series of complexes formed between halogen-containing molecules and ammonia have been investigated by means of the atoms in molecules （AIM） approach to gain a deeper insight into halogen bonding. The existence of the halogen bond critical points （XBCP） and the values of the electron density （Pb） and Laplacian of electron density （V2pb） at the XBCP reveal the closed-shell interactions in these complexes. Integrated atomic properties such as charge, energy, polarization moment, volume of the halogen bond donor atoms, and the corresponding changes （△） upon complexation have been calculated. The present calculations have demonstrated that the halogen bond represents different AIM properties as compared to the well-documented hydrogen bond. Both the electron density and the Laplacian of electron density at the XBCP have been shown to correlate well with the interaction energy, which indicates that the topological parameters at the XBCP can be treated as a good measure of the halogen bond strength In addition, an excellent linear relationship between the interatomic distance d（X…N） and the logarithm of Pb has been established.     

卤键的AIM研究

本文利用分子中的原子理论对一系列含卤分子与氨之间形成的卤键进行了分析，内容包括键关键点的确定、关键点的电子密度和拉普拉斯量以及复合物形成前后的若干原子性质，如电荷、能量、极化矩、卤键供体原子体积等的变化。结果显示：（1）所有卤键复合物中均存在一键关键点，其作用属于闭壳型相互作用；（2）卤键复合物键关键点的电子密度及其拉普拉斯量与卤键的强度间存在很好的线性关系；（3）键关键点电子密度的对数与卤键的距离d(X···N)高度相关。这一研究有望对卤键的本质提供进一步的认识。     

有机污染物在碳纳米管吸附的定量结构-性质关系

对一系列共59个芳香性分子进行了HF/6-31G^*水平上的结构优化,并在优化结构上进行了分子静电势及其导出参数的计算,应用多元线性回归方法建立了碳纳米管吸附有机污染物的平衡常数与分子结构间的定量关系. 结果表明,分子表面静电势参数（V_min、σ₊² 和ΣV_ind⁺）结合分子表面积（S）和最低空轨道能级（ε_LUMO）可以很好地用于构建碳纳米管吸附的定量结构-性质关系（QSPR）模型. 模型中引入的参数均具有明确的物理意义,其合理性可以从污染物与碳纳米管或水分子间相互作用的角度进行解释. 模型的稳定性和预测能力经“留一法”和Monte Carlo 交叉验证法进行了确证. 本文亦采用支持向量机（SVM）、最小二乘支持向量机（LSSVM）和高斯过程（GP）等三种方法建立了上述参数与碳纳米管吸附性质的非线性模型. SVM和LSSVM模型表现出强的拟合能力,但预测能力明显不如其他模型. GP模型无论是拟合能力还是预测能力都是最佳,但并没有明显地优于线性模型,说明对本文研究体系而言,其分子结构与性质间的关系主要以线性形式存在.     

吲唑脲类辣椒素受体通道拮抗剂的定量构效关系

研究了吲唑脲类辣椒素受体(TRPV1)通道拮抗剂的定量构效关系(QSAR).首先,采用1H-吲唑异构形式,对27个TRPV1通道拮抗剂分子进行了HF/6-31G*水平上的结构优化,在优化结构上进行了5类拓扑指数和分子静电势及其导出参数的计算.运用多元线性回归方法对这些化合物的生物活性与其分子结构参数进行了关联.对所有化合物采用另一异构形式重复上述过程,以探讨互变异构对QSAR建模的影响.结果表明:互变异构对QSAR结果具有一定的影响,采用1H-吲唑异构形式得到的模型,在质量上均高于采用2H-吲唑异构体,预示着1H-吲唑异构体更有可能是吲唑脲类分子的活性异构形式;分子表面静电势参数结合GETAWAY参数可以较好地用于描述TRPV1通道拮抗剂分子结构与其活性间的定量关系.     

采用QSPR模型预测手性二芳基甲烷衍生物保留因子与分离因子

对手性化合物的保留因子和分离因子进行定量结构-特征关系(QSPR)研究, 对于预测保留因子和分离因子甚至对映体的洗脱顺序都起着重要作用. 本文选择手性二芳基甲烷衍生物为研究对象, 采用VolSurf程序计算分子结构参数, 并分别在其与保留因子以及分离因子间建立模型, 采用测试集外部检验、留多法交叉验证和Y随机性检验等方法对分离因子模型的鲁棒性进行了评估, 结果令人满意. 对变量进行分析显示, 分子的球形性, 中等能级的亲水区、亲水-亲脂平衡、两亲矩、合适的氢键给体和受体均有利于异构体在手性固定相上的保留; 一对对映体的高能级的亲水区、低能级的疏水区、两亲矩、合适的氢键给体和受体以及阴离子区之间大的差异对对映体在手性固定相上的分离是有利的. 利用这些模型, 可以轻松地预测对映体的保留因子和分离因子, 甚至洗脱顺序.     

基于HPPK靶标酶的分子对接研究——金属离子Mg2＋的影响

6-羟甲基-7,8-二氢喋呤磷酸化酶(HPPK)催化细菌进行叶酸合成反应中的第一步, 即焦磷酰从三磷酸酰酐(ATP)转移到6-羟甲基-7,8-二氢喋呤(HP), 被认为是基于结构虚拟筛选新型抗生素的理想靶标. 本工作分别以HPPK和含有金属离子Mg^2＋的HPPK为受体, 以底物类似物为配体进行了对接, 发现活性口袋大小、金属镁离子对对接结果有较大的影响. 特别是金属镁离子的加入不仅可大大提高对接结果的可信度, 同时可增加虚拟筛选的命中率. 这一结果将为设计新的HPPK抑制剂提供一定的理论指导.     

SET区域Rubisco赖氨酸甲基化转移酶催化赖氨酸多重甲基化的量子力学研究

用从头计算和DFT方法计算S-腺苷甲锍氨酸多重甲基化赖氨酸的反应机理. 气相中非催化反应的能垒比较低, 反应势能剖面类似于SN2反应, 而在电介质中, 反应能垒很高. 在B3LYP/6-31G*和ONIOM (MP2: B3LYP)水平, 研究了Rubisco大亚基甲基转移酶活性位点的三个残基催化转移甲基到赖氨酸反应的过程. 在ONIOM (MP2: B3LYP)水平, 预测的反应能垒为82.8 kJ/mol, 与从实验得到的87.4 kJ/mol接近. 计算结果表明, 酶对过渡态并没有特殊的稳定作用, 主要通过为反应物提供一个没有溶剂的环境, 用临近的残基把亲电和亲核的底物连接在一起, 进而促使甲基化反应的进行.     

分子动力学模拟方法研究结构水在糖原合成酶激酶-3β中的作用

用分子动力学模拟的方法揭示了结构水分子在糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)中的作用. 如果没有结构水, ATP嘌呤环的结合位置将发生偏移以填补结构水留下的空间; ATP结合口袋中的氢键网络将被破坏, 保守残基Lys85与ATP的磷酸根侧链只能形成一个保守氢键, 无法维持磷酸根转移所需的线性关系; 由于失去了氢键网络的稳定作用, Glu97和Lys85会向远离ATP的方向移动, 并导致Arg96的侧链发生偏转, 使Arg96无法保持与Arg180和Lys205之间正常的相对位置, 最终影响GSK-3β与底物的结合.     

分子动力学模拟方法研究结构水在糖原合成酶激酶-3β中的作用

用分子动力学模拟的方法揭示了结构水分子在糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)中的作用.如果没有结构水,ATP嘌呤环的结合位置将发生偏移以填补结构水留下的空间;ATP结合口袋中的氢键网络将被破坏,保守残基Lys85与ATP的磷酸根侧链只能形成一个保守氢键,无法维持磷酸根转移所需的线性关系;由于失去了氢键网络的稳定作用,Glu97和Lys85会向远离ATP的方向移动,并导致Arg96的侧链发生偏转,使Arg96无法保持与Arg180和Lys205之间正常的相对位置,最终影响GSK-3β与底物的结合.     

对羟基杏仁酸合成酶三维结构模建及其与底物的分子对接研究

以对羟基苯丙酮酸双氧化酶(HPPD)的晶体结构为模板, 利用同源模建方法构建了与其高度同源、底物相同但催化功能存在明显差别的对羟基杏仁酸合成酶(HMS)的三维结构, 并对模建结构的合理性进行了分析. 在模建结果的基础上, 对HPPD和HMS分别与底物羟苯基丙酮酸(HPP)进行分子对接计算, 比较了二者结合模式的异同, 为两种同源酶在催化方面差异性的合理阐释提供了一些有益的信息.