葡萄糖苷酶抑制剂作用机理的分子动力学模拟和自由能计算

含有锍离子的葡萄糖苷酶抑制剂如kotalanol (SK)和它除去磺酸基团后的衍生物(DSK), 是潜在的毒副作用较小的治疗II 型糖尿病的候选药物. α-葡萄糖苷酶抑制活性实验显示, DSK活性比SK略高, 而将二者环上的S原子替换成NH后(分别称为DSN和SN), DSN的活性要比SN高1500倍左右. 本文用分子动力学模拟, 结合自由能计算和自由能分解的方法对上述四个抑制剂的作用机理进行了研究. 研究结果表明活性的巨大差异是由NH基团取代效应和磺酸基团立体效应共同作用的结果, 由于N―C键长比S―C键长短, NH基团取代导致烷基链的翻转, 同时, 磺酸基团限制了链的翻转, 因此改变了抑制剂的结合模式. 计算结果与实验基本一致.本文的研究结果有助于进一步理解含锍离子的葡萄糖苷酶抑制剂的结合机理, 并为设计更有潜力的葡萄糖苷酶抑制剂提供了有价值的信息.     

胍盐离子液体捕获CO2温室气体的机理

通过量子力学与分子动力学对胍盐离子液体的模拟表明,胍阳离子与氯负离子之间存在较强的相互作用,其相互作用能约为-109．216kcal／m01．从能量与几何分布可见,两种空间分布方式中最稳定构象为Middle作用模式．径向分布函数也验证了这一结论．C02含量的不断增加并没有对离子液体的结构产生影响,而是被离子液体的空腔捕获．     

稀土离子跨人血红细胞膜的荧光法研究

采用Fura-2荧光浓度指示剂对红细胞的稀土跨膜作用进行了系列研究.结果表明,稀土离子不能通过完整的红细胞膜进入细胞内.通过与离子载体实验相对照,发现细胞ATP耗竭后,低浓度的稀土离子(5×10^-6mol/L)不能跨膜进入ATP-耗竭红细胞.KCl去极化及加入电压依赖性钙通道刺激剂Bay-K8644对稀土离子的跨膜也没有促进作用.在Ca²⁺内流正常的情况下,低浓度稀土离子(5×10^-6mol/L)对钙离子内流无影响.增大稀土离子浓度到5×10^-4mol/L,用显微镜观察此时红细胞已开始溶血.在模拟胞内离子组分的缓冲液中(pH=7.05),比较了La³⁺,Eu³⁺和Ca²⁺对Fura-2的敏感程度.此条件下Fura-2对La³⁺和Eu³⁺的检测限分别为10-12和10-14mol/L,对Ca²⁺的检测限为10-8mol/L,并测得Fura-2-La³⁺(Eu³⁺)的络合比为1∶1,表观离解常数为1.7×10^-12和4.95×10^-14mol/L,表明用此法检测稀土离子跨膜行为相当灵敏有效.     

环糊精包结谷胱甘肽的机理

使用分子动力学模拟结合自由能计算的方法在原子水平上研究了谷胱甘肽与α-,β-和γ-环糊精的包结模式,计算了谷胱甘肽与3种环糊精之间6种可能包结过程的自由能变化.结果表明,谷胱甘肽的谷氨酸残基从α-环糊精大口端进入空腔最终形成的包结复合物最稳定;在该复合物中,谷氨酸残基的亚甲基链部分被完全包结在疏水空腔中,其氨基与羧基位于与α-环糊精的小口端,并与环糊精的伯羟基形成了氢键,同时半胱氨酸中的巯基位于环糊精的大口端,得到了有效的保护.因此,疏水相互作用和氢键相互作用构成了包结的主要驱动力.β-环糊精的优势包结模式与α-环糊精类似,但形成复合物的稳定性次之,而γ-环糊精由于空腔较大,优势的包结模式是谷氨酸残基从γ-环糊精小口端进入空腔,但所形成的复合物结构的稳定性最弱.     

离子液体的分子模拟与量化计算

分子模拟方法是研究离子液体结构与性质关系非常有效的方法,可以从分子间相互作用出发研究离子液体的微观结构、热力学和动力学性质;量子化学计算则在分子、电子水平上对离子液体的结构、性能及催化机理进行理论研究。本文综述了分子模拟方法应用于离子液体体系的研究进展,重点介绍了利用分子动力学模拟和量子化学计算方法对不同离子液体进行研究,获得离子液体的结构性质、光谱性质(红外光谱、拉曼光谱)及离子液体催化反应机理等,为探讨离子液体结构-性质的关系、离子对的作用方式、催化反应活性中心、反应途径、反应活化能、振动模式和频率以及设计功能性离子液体提供理论导向。     

平板双分子层脂膜的制备及锌离子跨该膜的输运过程

制备了氧化胆固醇 卵磷脂(脑磷脂)平板双分子层脂膜,研究了膜配方对双分子层脂膜的稳定性和离子通透性的影响,得到了最佳制膜工艺,建立了锌离子跨卵 (脑 )磷脂膜的吸附 -扩散模型,其计算值与实验值基本吻合.     

双分子层膜人工离子通道的合成

离子通道(ion channels)是由细胞膜上的一类特殊亲水性蛋白质构成的微孔道,它的主要功能就是传输离子跨膜,相当于细胞的通气孔。其结构与功能的异常往往引起上千种疾病,统称为离子通道病,这种疾病目前不能靠常规的仪器来检查,在确诊上有一定的难度。因此通过化学手段合成人工离子通道来模拟生物体内细胞膜上的离子通道的结构与功能,对于深入研究这些疾病并发现特异性治疗药物均具有十分重要的理论和实际意义。本论文就近三十年来人们设计合成的不同种类人工离子通道进行了综述,介绍了其研究进展并总结了各种人工离子通道的分子结构设计以及在膜上传输离子行为,展望了其在模拟天然离子通道功能的同时在生物医药以及生命科学等领域的应用前景。     

钙通道关闭及开放状态下稀土离子对淋巴细胞的 跨膜行为

用荧光探针法(以Fura-2为荧光指示剂)通过监测细胞内荧光强度的变化来判断稀土的跨膜行为。在近生理条件下,从单细胞、多细胞两个角度,研究了人外周血淋巴细胞钙离子通道开放、关闭等不同状态下Dy^3^+,La^3^+等稀土离子的跨膜行为。实验得出：微量稀土离子在上述状态下均不能跨膜内流。我们还发现,在钙通道开放的情况下,低剂量稀土离子不影响细胞外钙跨膜内流。     

Theory of Ion Transport in Electrochemically Switchable Nanoporous Metallized Membranes

A physicomathematical model of ion transport through a synthetic electrochemically switchable membrane with nanometric metal‐plated pores is presented. Due to the extremely small size of the cylindrical pores, electrical double layers formed inside overlap, and thus, strong electrostatic fields whose intensities vary across the cross‐sections of the nanopores are created. Based on the proposed model a relationship between the relative electrostatic energies experienced by ions in the nanopores and the potential applied to the membrane is established. This allows the prediction of transference numbers and explains quantitatively the ion‐transport switching capability of such synthetic membranes. The predictions of this model agree satisfactorily with previous experimental data obtained for this type of devices by Martin and co‐workers.     

含铁蛋白介导的铁转运分子机制

铁是生命体必需的微量元素,因为它是一些重要功能酶的协同因子。这些功能酶有着广泛的功能,从呼吸作用到核酸的复制。但是,当铁含量多于细胞稳态的时候,它将产生对机体有毒的羟基。生物体已经发展了自身的调控机制,包括铁的摄取,存储和输出来控制细胞内的铁处于平衡态。二价阳离子转运蛋白,铁输出蛋白和hephaestin参与小肠吸收,转铁蛋白和转铁蛋白受体参与铁的摄取和转运,铁蛋白可以存储铁,铁调控蛋白的功能是调节铁代谢。这篇文章综述着重阐述了含铁蛋白介导的铁传递机制。     

自组装杂化离子通道膜的构筑及阳离子传输机制

以3-异氰酸丙基三乙氧基硅烷和对甲氧基苯胺为原料合成了一种可以自组装形成有机-无机杂化材料的化合物--3-(脲基-4-甲氧基苯基)丙基三乙氧基硅烷. 采用FT-IR, ¹H NMR, DSC 和XRD 分析方法对该化合物的结构以及结晶性进行了表征. 将该化合物与聚乙烯醇(PVA)共混, 利用化合物的自组装性质构筑结构均一且致密无孔的离子通道杂化膜, 通过自制的膜运输实验装置测定膜对阳离子的传输性能并提出了相应的传输机制. SEM 照片显示, 自组装杂化膜致密无缺陷, 膜厚度为8 μm. 选择5 种阳离子进行运输实验测试, 结果表明, 自组装杂化离子通道膜对一价的碱金属离子Li⁺, Na⁺和K⁺有很好的传输功能, 这要归功于杂化材料中甲氧基苯基与碱金属阳离子形成的阳离子-π相互作用力. 碱金属阳离子在膜中的扩散过程可由溶解-扩散机制来解释, 结果显示, Li⁺, Na⁺和K⁺在杂化膜中传输的渗透率大小为: P_Na⁺ > P_K⁺ > P_Li⁺ , 说明本研究中的的自组装杂化离子通道膜对Na⁺有优先选择性. 杂化离子通道膜对二价的Ca²⁺和Mg²⁺没有传输作用, 此结果给一二价阳离子的分离带来很好的研究思路.     

Electrochemical Elucidation of the Facilitated Ion Transport Across a Bilayer Lipid Membrane in the Presence of Neutral Carrier Compounds

The ion transport facilitated by neutral carrier compounds (valinomycin, nonactin) has been investigated by cyclic voltammetry in the several electrolyte solutions (KF, KCl, KBr, KNO₃, KSCN, KClO₄), and we demonstrated the effect of the counter anions on the facilitated transport of K⁺ from the viewpoint of electroneutrality. Voltammograms for the ion transport were generated at steady state and the current density between W1 and W2, j_W1–W2, increased with the absolute value of the applied membrane potential, E_W1–W2. Then, the magnitude of j_W1–W2 at a certain E_W1–W2 increased with the hydrophobicity of the counter anion. It was proved that the logarithm of |j_W1–W2|at a certain E_W1–W2 is almost proportional to the hydration energy of the counter anion. This indicates that not only K⁺ but also the counter anion distributes into the BLM. Therefore, the magnitude of j_W1–W2 at a certain E_W1–W2 increased with an increase of pH, because the hydroxide ion was served as a counter anion. Based on the variation of the zero‐current potential in case of various asymmetrical ionic compositions, it is found that the amount of cation transport is much larger than that of anion transport.     

甲基化辅助实时直接分析电离的机理研究

实时直接分析电离源(DART)已经广泛应用于固体、液体和气体样品的快速检测. 在使用DART对低挥发性化合物进行分析时, 样品衍生化是十分重要的. 四甲基氢氧化铵(TMAH)是强的瞬时甲基化试剂, 常用于GC-MS的分析中. 以人参皂苷及人参寡糖为例, 研究了它们在TMAH的辅助下在DART中发生甲基化及电离的过程, 并从凝聚相和气相的角度对电离过程中的甲基化机理进行了研究. 人参皂苷主要发生不完全和全甲基化, 人参寡糖的甲基化则随着糖链的增长以及羟基的增多由全甲基化主导转变为过甲基化主导. 结果表明, 凝聚相和气相的共同作用是质谱检测到甲基化及过甲基化样品分子的根本原因.     

Selective Transport of Alkali—Metal Cations through Liquid Membranes by Non—Cyclic Carriers

The emission spectra of a series of naphthalene end-labeled oligo-oxyethylene(N-Pn-N) and their facilitated transport of cations across liquid membranes have been investigated.Alkali-metal cations enhance or inhibit the intramolecular excimer formation of N-Pn-N remarkably,suggesting that the polyether chain of N-Pn-N in solution complexes with the cations,and the orientation of the terminal chromophores depends on the cation size and the length of the polyether chain. These compounds are able to act as carriers to facilitate transport of alkali-metal cations through organic liquid membranes.The transport efficiencies are comparable with those of cyclic carriers such as crown ethers,and show remarkable selectivity.     

Computer Simulation of Cation-Exchange Membrane Structure: An Elementary Act of Hydrated Ion Transport

A fragment of the structure of a sulfo cation exchanger, which is the basis of most cation-exchange membranes, is calculated by an ab initio method. An analysis of interatomic bonds in the structure shows that, to detach a mobile ion from a fixed ion, it is necessary to break the hydrogen bond between hydration water molecules of the counterion in addition to overcoming the electrostatic attraction. As the hydrogen bond cleavage work for simple hydrated ions is ten times the electrostatic attraction energy, an elementary act of ion transport in a cation-exchange membrane is considered mostly as the hydrogen bond transfer reaction.     

重离子辐照制备电池用微孔膜及其阻抗性质

利用离子辐照结合径迹蚀刻方法制备聚丙烯(PP)微孔膜.用加速器产生的单核能为11.4MeV·u-1(总能量2245.8MeV)的197Au离子束辐照PP膜,剂量为1×108ions·cm-2.辐照后PP膜沿离子路径产生损伤区域,用硫酸与重铬酸钾的混合液进行蚀刻(5-30min),制备出孔径为380-1610nm的聚丙烯微孔膜.对膜的表面和断面形貌进行表征,微孔膜的孔径大小及空间分布均匀,孔道上下贯通,形状近似为圆柱形.给出了微孔膜的孔隙率理论公式.将制备的聚丙烯微孔膜用作锂离子电池隔膜,用电化学阻抗谱(EIS)测定浸满电解液的微孔膜的离子电导率,并与商用隔膜进行比较.分析表明辐照剂量和孔径大小均会影响膜的孔隙率和离子电导率,选择合适的辐照剂量和蚀刻时间,可以制备出孔隙率和离子电导率符合应用标准的聚丙烯微孔膜.