拉伸分子动力学模拟配体-受体相互作用

配体和受体之间的相互作用研究有助于阐明配体的作用机理, 为合理药物设计提供线索. 新发展的拉伸分子动力学模拟使原来在微秒至秒时间范围内发生的生物化学过程可以在纳秒尺度内进行模拟, 从而动态再现目前实验所无法提供的配体与受体的结合或解离过程. 文中通过详细介绍拉伸分子动力学方法对石杉碱甲与乙酰胆碱酯酶结合和解离过程以及HIV-1逆转录酶和其非核苷酸类似物抑制剂α-APA解离过程的成功模拟, 综述拉伸分子动力学模拟在研究配体和受体相互作用中的应用.     

石墨烯/聚乙烯复合材料及其拉伸性能的分子动力学模拟

利用分子动力学方法,模拟石墨烯/聚乙烯复合材料的微观结构和性能,并采用单轴拉伸模拟方法研究石墨烯/聚乙烯复合材料的拉伸性能.结果表明,在石墨烯/聚乙烯复合材料平衡构型中,聚乙烯基体分子在石墨烯表面处形成多层吸附层,吸附层处于动态稳定状态,层内分子可以发生扩散迁移.吸附层内聚乙烯分子发生"吸附固化"现象,分子弯曲程度减弱,发生有序排列,且在垂直于石墨烯方向的运动性能受到抑制.拉伸模拟结果表明,石墨烯能够提高聚乙烯材料的拉伸性能.在弹性区和屈服区,石墨烯阻碍了复合材料在垂直于拉伸方向的压缩变形,聚乙烯分子"吸附固化"结构保持稳定,引起体系整体应力的迅速升高.在软化区,由于石墨烯发生剧烈弯曲,"吸附固化"结构发生破坏,最终引起体系应力迅速减小.在弹性区和屈服区,体系应变主要引起了非键相互作用的改变.在软化区之后,应变主要导致了体系内分子成键相互作用的改变.应变速率能够提高复合材料的屈服应力,而不改变复合材料应力应变的整体趋势.     

离子通过碳纳米管的拉伸分子动力学模拟

采用拉伸分子动力学模拟研究了Na⁺, K⁺和Cl^－通过(6,6), (7,7), (8,8), (9,9)和(10,10)碳纳米管的过程, 利用伞形取样法计算了离子通过碳管的平均力势能, 并对离子在管中和本体相中的水化作了比较. 结果表明, 离子通过管径较窄的碳管时, 在入口处遇到较大的阻力, 从出口进入本体相较容易|而通过管径相对较宽的碳管则几乎无阻碍. 离子通过碳管的能垒随管径的增大而降低, 不同离子的能垒各不相同, 表明碳管具有固有的离子选择性|离子通过碳管时, 不仅其配位数改变了, 而且配位层中水分子的取向也有所改变, 这两者共同决定了离子进入碳管时的去水化能, 进而影响离子通过碳管的能垒和碳管的离子选择性. 本工作将有助于理解离子通道蛋白中疏水区域的功能作用, 并可以为基于碳纳米管的纳流控系统的设计提供指导.     

拉伸分子动力学方法研究聚乙烯单链的力学行为

采用拉伸分子动力学方法(steered molecular dynamics,SMD)研究一端固定的聚乙烯单链(singlepolyethylene chain)在被拉伸过程中的力学性质.在拉伸过程中发现平均拉力〈f〉受拉伸速度v的影响,当v<0.05 nm/ps时,〈f〉在250 pN附近会出现一个拉力平台.聚乙烯单链各部分的形状因子在拉伸过程中表现出一定的规律性,总是头部和尾部的形状因子〈δh〉、〈tδ〉先增加然后才是中间部分〈δm〉增加.如果按顺序再释放被拉开的聚乙烯单链,就会出现力学回滞现象,这与Kellermayer等的力学回滞曲线实验是一致的.力学回滞曲线面积表示耗散能〈Ed〉,与速度v满足方程〈Ed〉=a+b×e-cv,而且在v<0.005 nm/ps和v>0.005 nm/ps两个速度区域有不同的特性.〈Ed〉在不同的分子热运动温度区域,也表现出不同的规律性,当温度T>220 K时,〈Ed〉随着温度T的升高而减小,这与Pegoretti等的实验一致,当T<220 K时〈Ed〉随着温度T的升高而增加.     

拉伸分子动力学方法研究高分子单链的吸附现象

采用拉伸分子动力学方法研究聚乙烯单链从一个强吸附表面被拉伸的动力学过程.当聚乙烯单链被拉伸时,从理想弹簧测量到的平均力与形变的曲线上出现了一个力的平台,这与实验结果非常一致.在研究这个平台力与拉伸速度的关系时发现,当速度v<0.001 nm/ps时,不随速度的变化而变化;当速度v>0.001 nm/ps时,随着拉伸速度的增加而迅速上升,这表明拉伸速度0.001 nm/ps是平衡态拉伸和非平衡态拉伸的临界点,并与链长无关.按顺序拉伸和释放这条链,观察到有趣的力回滞现象,并与实验结果进行了比较.     

丝印电极法体外筛选黄嘌呤氧化酶抑制剂方法研究

建立丝印电极快速筛选黄嘌呤氧化酶(XO)抑制剂的新方法. 利用丝网印刷技术制作一次性使用的丝印碳糊电极, 采用吸附法将羧基化的多壁碳纳米管(MWNTs)修饰在电极表面, 建立测定尿酸(UA)的简单快捷的计时电流分析方法, 将该法应用于XO抑制剂的体外筛选. 在0.3 V (vs. Ag/AgCl)的工作电位下, UA在MWNTs修饰的丝印电极上产生灵敏的响应电流, 响应时间30 s, 测定UA的线性范围为2～300 μmol•L^－1, 线性方程为Y (μmol•L^－1)＝43.8240X (μA)－0.1592, r＝0.9998, 最低检出限为1 μmol•L^－1. 用该法对4种中药水提物进行了筛选, 相对空白对照组, 桑寄生500 μg•mL^－1浓度组有显著性差异. 该法简单、快速, 电极制作成本低, 所需仪器简单, 适用于体外大量筛选XO抑制剂.     

高分子纳米复合材料拉伸及压缩的分子动力学模拟

利用高分子-纳米粒子粗粒化模型,对高分子纳米复合材料(polymer nano-composites,PNC)的拉伸、压缩及平衡态过程进行分子动力学模拟研究.通过模拟PNC的拉伸及压缩过程,研究纳米粒子大小、质量分数对PNC力学性能的影响及拉伸、压缩过程中PNC体系微观交联网络的变化.在纳米粒子表面积或质量分数相同的情况下,小尺寸纳米粒子对PNC的力学性能增强效果更显著.对于含有质量分数不同的小尺寸纳米粒子的PNC体系,随纳米粒子质量分数增加,其力学性能增强,但增强程度逐渐减弱,且对于拉伸过程的材料增强效应,纳米粒子的质量分数存在最优值.在PNC体系中存在高分子-高分子(polymer-polymer)、高分子-纳米粒子(polymer-NP)2种微观交联网络,拉伸及压缩过程中PNC体系中2种微观交联网络的变化趋势不同,PNC拉伸及压缩产生应力的微观机制也相应有所不同.此外,对含质量分数不同的小尺寸纳米粒子的PNC平衡态过程的模拟研究表明,PNC体系中2种微观交联网络的比例直接影响其力学性能的变化,而纳米粒子的聚集则会降低PNC的力学性能增强效果.     

基于分子动力学模拟提高嗜热磷酸三酯酶样内酯酶非特异性底物活力的理论研究

采用分子动力学模拟和拉伸分子动力学模拟方法, 结合分子力学-广义玻恩表面积(MM-GB/SA)方法进行自由能计算和结构交互指纹分析, 研究了模拟过程中非特异性底物(对氧磷/内酯)分别与嗜热磷酸三酯酶样内酯酶(SsoPox)野生型和突变体(W263F/W263T)结合的构象变化, 分析了Loop8中重要残基Trp263的突变提高SsoPox非特异性底物活力的原因, 发现其能够影响门控残基Phe229的构象变化, 导致活性口袋入口变宽(Phe229与Tyr99之间的距离变大), 使对氧磷和内酯更容易结合到蛋白质的活性位点上; Asp256和Arg223形成盐桥的几率高于野生型(WT)SsoPox, 在Arg223(位于Loop7)的协助下质子更加高效地从活性中心的Asp256(位于Loop8)传递到溶剂中去, 因而能够提高SsoPox水解底物的效率. 通过比较2个野生型复合物的结构稳定性和结合自由能差异, 发现在模拟过程中SsoPox与内酯的复合物体系更加稳定并且具有更低的结合自由能, 有利于SsoPox识别底物并使其埋在活性部位的疏水环境中, 促进氢氧化物亲核进攻底物的亲电中心. 因此, 底物与酶稳定的相互作用可能是SsoPox具有天然内酯酶活性的原因之一.     

别嘌呤醇对黄嘌呤氧化酶的抑制作用研究

用聚苯胺黄嘌呤氧化酶电极（生物传感器）研究了别嘌呤醇对黄嘌呤对氧化酶的抑制作用，实验结果表明：别嘌呤醇对黄嘌呤氧化酶有明显的抑制作用，但这种抑制作用是可逆的，抑制剂在存在使固定酶的表观米氏常数增大但并没有影响催化反应的最大速率，所以别嘌呤是黄嘌呤氧化酶的一种可逆竞争抑制剂，抑制剂对固定酶的最适ｐＨ值没有影响，而对反应活化能略能影响。     

基于ReaxFF力场的对硝基苯酚臭氧氧化分子动力学模拟

本文采用基于ReaxFF反应力场的分子动力学方法(ReaxFF MD),利用自主研发的国际首个基于GPU加速的ReaxFF MD程序系统GMD-Reax和独特的化学反应分析工具VARx MD,探索臭氧氧化对硝基苯酚的反应机理。通过模拟考察了300 K恒温条件下臭氧氧化水中对硝基苯酚的行为,获得了酚结构开环、CO_2生成、主要自由基(·OH、·O_2、·O)及团簇型自由基的数量演变趋势,并可定性描述六元环开环和CO_2生成均遵循伪一级反应动力学规律。反应机理分析表明酚类分子在水溶液中被臭氧氧化的路径主要经过攫氢、六元环开环、碳链的氧化分解三个阶段,也揭示了自由基和团簇型自由基在臭氧降解对硝基苯酚时所发挥的重要作用。本工作是应用ReaxFF MD分子模拟方法对常温水环境下臭氧降解酚类污染物反应机理研究的一个尝试,可为深入认识该机理及相关的实验、理论研究提供一定的参考。     

伞形酮对黄嘌呤氧化酶的抑制作用研究

The investigation on inhibition of xanthine oxidase by umbelliferone was carried out using a polyaniline-xanthine oxidase electrode. The experimental results indicated significant inhibition caused by umbelliferone. The apparent Michaelis-Menten constant (K'm) and the maximum rate (im) of the immobilized xanthine oxidase were both affected by umbelliferone. This indicated that umbelliferone acts as a mixed type of inhibitor of xanthine oxidase. The optimal pH of the immobilized enzyme was hardly affected by umbelliferone; The response current increases with increasing potential in the potential range 0.55~0.68V.     

Amperometric Study of Au‐Colloid Function on Xanthine Biosensor Based on Xanthine Oxidase Immobilized in Polypyrrole Layer

Four kinds of xanthine oxidase (XOD) based amperometric biosensors were fabricated and their analytical performances were compared. Polypyrrole (PPY)/XOD biosensor was constructed by electrochemical oxidation of pyrrole in the solution containing xanthine oxidase and pyrrole in this paper. Colloidal Au was then immobilized on the biosensor. On the other hand, electron mediator, Prussian Blue (PB), was deposited on the electrode before the immobilization of PPY/XOD to enhance electron‐transfer rate and current response. The results showed that PPY/XOD, PPY/XOD/Au‐colloid, PB/PPY/XOD and PB/PPY/XOD/Au‐colloid biosensors exhibit good response to xanthine in 1×10^?6 M and 2×10^?5 M and Michaelis‐Menten constants (K_m) of these biosensors were 242.2, 113.4, 144.5, 43.2 μmol?L^?1, respectively. The dependence of current responses with applied voltages was discussed, and different mechanisms of these biosensors were discussed. It has been found that colloidal Au can enhance the current response at the same concentration of xanthine solution and decrease the energy‐barrier of electron‐transfer reaction on the electrode.     

Electrochemical Investigation on Kinetics of Xanthine Metabolism and Inhibition Effect of Febuxostat on Xanthine Oxidase Activity

Xanthine is a significant biomolecule and its concentration level in urine and blood plasma is an indicator of specified pathological states. Here, a new sensing platform was designed, which showed excellent analytical performance for xanthine. Importantly, it is the first time to investigate the kinetics of xanthine metabolic reaction by electrochemical method. The results demonstrated that the conversion of xanthine to uric acid completely conformed to the Michaelis-Menten kinetics. Furthermore, we also studied the inhibitory effect of febuxostat on xanthine oxidase activity detailed. As expected, the work may offer potential value for researchers in the treatment of hyperuricemia and gout.     

覆盖的氩原子簇过热的分子动力学模拟(英)

通过分子动力学模拟研究了覆盖较高熔点的原子的氩原子簇．原子族由177个氩原子和72个覆盖原子组成．覆盖原子的势能参数ε比氩原子大50％，该原子簇比纯氩原子簇熔点过热2K．模拟结果表明，覆盖的原子簇过热的原因是：在达到熔点之前，体系缺少氩原子构成的自由表面，仍然是覆盖原子的有序表面．     

诺氟沙星-DNA复合物的分子动力学模拟

采用分子模建的方法构建了诺氟沙星-DNA复合物的初始结构, 通过2 ns的分子动力学(MD)模拟研究表明: 诺氟沙星能够和双螺旋d[ATATCGATAT]₂形成稳定的复合物, 药物分子可紧密结合在DNA的小沟区域, 并且能够与DNA的鸟嘌呤碱基形成两个稳定的氢键. 在分子水平上提供了诺氟沙星直接与双螺旋DNA相互作用的结构及复合物的动态变化情况.     

RbCl熔解的分子动力学模拟研究

采用等压分子动力学模拟方法，研究了从晶相到液相不同温度下ＲｂＣｌ体系的结构和性质，等压模拟咄等容怀致的平衡性质和结构特征，键序参数计算，不计及导热过程情形下，体系在振荡驰豫时间量级内完成熔化过程，由于不需要密度数据，等压模拟有望发展成为材料设计中的一种手段。     

螺环吲哚类MDM2抑制剂的分子对接、定量构效关系和分子动力学模拟

采用分子对接、三维定量构效关系(3D-QSAR)和分子动力学方法研究了21个螺环吲哚类化合物与MDM2蛋白的相互作用, 并建立了相关预测模型. 比较分子场分析法(CoMFA)和比较分子相似性指数分析法(CoMSIA)模型的交互验证相关系数q²分别为0.573 和0.651, 非交互验证相关系数r²分别为0.948和0.980. 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, 结合模式表明该类螺环吲哚化合物主要通过疏水相互作用和氢键与MDM2结合. 基于上述相互作用模型设计并合成了6个新结构螺环吲哚化合物, 并在MDM2高表达的前列腺癌LNCaP细胞株上测定其活性, 结果表明化合物5, 6的半数抑制浓度均低于1μg·mL^-1, 可作为新的抗肿瘤药物先导化合物进一步深入研究. 本研究对以MDM2为靶点的新结构螺环吲哚类抑制剂的开发提供了理论和实验依据.