甲型流感病毒突变诱发的神经氨酸酶耐药性机制理论研究

甲型流感(A/HxNy)因其高传染性和高死亡率严重威胁人类健康、危害人类公共卫生安全而受到广泛关注. 神经氨酸酶(NA)通过靶向宿主细胞中的唾液酸(SIA)并与之相互作用进而达到释放子代病毒的目的. 由于其高度保守的催化中心结构,已成为药物设计的重要目标. 临床上已经出现了各种耐药的神经氨酸酶突变株,本工作对A/H7N9(N9亚型)由突变引发的耐药机制进行了详细探究. 通过分子动力学模拟和丙氨酸突变扫描结合相互作用熵方法来探索R294K突变前后N9和药物扎那米韦结合机制的差异. 研究结果表明,突变导致Arg294和Z药物扎那米韦之间的氢键断裂,并破坏了结合口袋附近热点残基与药物间的氢键网络,从而导致药物对N9的结合能力减弱,产生耐药性. 同时,来自A/H11N9的N9野生型与R292K突变型也被用于研究耐药性产生的机制. 预测的突变前后N9与5种抑制剂(SIA、DAN、药物扎那米韦、G28和G39)结合自由能的不同与实验值基本一致,验证了丙氨酸突变扫描结合相互作用熵方法用于本工作的可靠性. 此外,对关键残基的分析表明Arg292、Tyr406在野生型A/H11N9与药物的相互作用中表现为热点氨基酸. 然而,在突变型A/H11N9中,292残基对结合自由能没有明显有利的贡献,这可能会增强突变植株的抗药性. 相比之下,当SIA、药物扎那米韦和G28与突变型A/H11N9作用时,Tyr406仍保留热点残基的特征. 结合以上两组甲型流感病毒(N9亚型)的动力学模拟研究,推测了病毒抗药性主要是由氢键网络的破坏和热点的转变引起的. 该研究可以为治疗甲型流感(N9亚型)耐药突变的新型药物开发和药物优化提供理论指导.     

同步荧光光谱探究头孢西丁钠与溶菌酶的结合机制

在模拟生理学条件下(pH=7.40),采用同步荧光法研究了头孢西丁钠(CFXS)和溶菌酶(LYSO)中的荧光基团酪氨酸(Tyr)残基、色氨酸(Trp)残基之间的相互作用。结果表明:CFXS以静态猝灭的方式猝灭LYSO中的Tyr、Trp残基的荧光,结合位点数n≈1。310 K时,Tyr与Trp残基反应的荧光猝灭比率分数N_(SFQR(Trp))(60.25%)N_(SFQR(Tyr))(39.75%),结合位置更靠近Trp残基。Hill系数n_H约为1,表明CFXS与LYSO中Tyr与Trp残基的结合不会影响后继配体与蛋白质的结合。CFXS与LYSO中Tyr残基的药物结合率W(Q)为0.19%～0.13%,Trp残基的药物结合率W(Q)为0.23%～0.14%,游离的药物含量几乎不变,这表明CFXS与LYSO中Tyr与Trp残基的结合基本不影响药物的疗效。Tyr残基的蛋白结合率W(B)为52.69%～54.67%,Trp残基的蛋白结合率W(B)为67.67%～69.39%,因此,蛋白中游离的氨基酸残基数目会明显降低。CFXS-LYSO结合体系的主要作用力类型是疏水作用,分子对接结果表明CFXS与LYSO之间还存在氢键作用,且两者的最佳结合位置在LYSO的活性中心附近,两者的结合改变了活性中心处氨基酸残基的微环境。     

人参皂苷Rh2与血清白蛋白相互作用立体选择性的光谱及分子对接研究

立体化学是影响外源性药物与生物功能大分子相互作用的关键结构因素。人参皂苷Rh2具有抗肿瘤等生理活性,已发现其中的C-20立体化学与多种生物学效应有关,但其与体内重要药物载体血清白蛋白(SA)相互作用的立体选择性研究鲜见报道。为此,采用紫外吸收光谱、荧光光谱、同步荧光光谱和分子对接技术,研究人参皂苷Rh2的C-20差向异构体在模拟生理条件下与SA相互作用的立体选择性特点及其机制。20S-和20R-Rh2均能与SA按摩尔比1∶1自发形成稳定的复合物,主要通过氢键和疏水相互作用,使SA的相关发光基团疏水性增强,同时改变Trp,Tyr等氨基酸残基周围微环境,从而影响紫外光谱特征吸收峰的位置和强度,并引起内源荧光的静态猝灭。二者与SA的相互作用特征及结合模式均存在显著差异,突出表现为结合区域以及参与氢键和疏水相互作用的基团和氨基酸残基数目及类别明显不同,20S-Rh2具有相对更高的结合常数和结合自由能。人参皂苷Rh2与血清白蛋白的相互作用具有立体选择性,C-20立体化学差异是其中的重要机制。     

利用二维同步荧光相关光谱研究温度对胶原溶液中分子聚集行为的影响

采用恒波长同步荧光法和二维相关分析技术研究了不同浓度Ⅰ型胶原溶液中胶原分子聚集行为随温度升高(10~70 ℃)的变化规律。选取0.2,0.4,1.6 mg·mL-1的胶原溶液,在初始温度下各浓度溶液中胶原分子分别处于单分子状态、较低程度和较高程度的聚集态。研究表明：波长差为9 nm的同步荧光光谱中,激发波长282和292 nm处荧光峰分别归属于未参与形成氢键的Tyr(酪氨酸)残基和参与形成氢键的Tyr残基。对升温过程同步荧光数据进行二维相关分析,得两荧光值对温度的响应顺序,进而推测得到：当温度低于30 ℃时,0.2 mg·mL-1溶液中出现了胶原分子间形成Tyr残基参与的氢键的趋势。0.4和1.6 mg·mL-1的溶液中原有聚集体可能发生进一步聚集,形成疏水微区。当逐步接近胶原变性温度(36~38 ℃)时,推测0.4和1.6 mg·mL-1胶原溶液中的疏水微区和聚集体有被破坏的趋势,而0.2 mg·mL-1胶原溶液保持分子间形成氢键的趋势。超过胶原变性温度时,各浓度溶液中胶原分子三股螺旋结构发生松散。当超过45 ℃时,胶原分子三股螺旋结构松散的趋势更为明显。     

腺嘌呤-5-溴尿嘧啶复合物中的卤键

利用从头算和密度泛函理论研究了腺嘌呤(A)-5-溴尿嘧啶复合物中(T+)中的键合模式. 研究结果表明，T+中的Br原子同时与A分子中的氨基氢和氮原子存在弱的相互作用，在这种结合模式中，Br原子与亲核基团H正面结合，同时与亲电基团N侧面结合，分别形成氢键和卤键.静电势分析发现：T+中的Br原子与A中的N7 (或N1)是通过静电相互吸引的. Br与N原子之间的相互作用通过分子中的原子理论得以证实. 关键点的拓扑参数显示卤键是闭壳层相互作用. 自然键轨道分析说明，A中N原子上孤对电子的电荷主要转移到C{Br的反     

抑制剂Benzamidine与胰岛素作用机制的分子动力学和结合自由能计算研究

氢键和极性相互作用在抑制剂-蛋白结合专一性识别过程中起到重要作用.抑制剂Benzamidine(BEN)与胰岛素trypsin相互作用机制的阐明有助于胰岛素高效抑制剂的研发.本文采用分子动力学模拟和MM-PBSA(molecular mechanics-Poisson Boltzmann surface area)从原子层次上研究BEN与胰岛素的结合模式.结果表明抑制剂BEN的脒基不仅与Asp189的羰基产生静电相互作用,而且与残基Ser190和Gly214形成氢键相互作用.基于残基能量分解的计算表明抑制剂的苯基与残基His58,Cys191,Gln192,Trp211,Gly212和Cys215形成有利于抑制剂结合的疏水性相互作用.期望当前的研究能为胰岛素有效抑制剂的研发提供重要的理论指导.     

抑制剂Benzamidine与胰岛素作用机制的分子动力学和结合自由能计算研究

氢键和极性相互作用在抑制剂-蛋白结合专一性识别过程中起到重要作用. 抑制剂Benzamidine(BEN)与胰岛素trypsin相互作用机制的阐明有助于胰岛素高效抑制剂的研发.本文采用分子动力学模拟和MM-PBSA(molecular mechanics-Poisson Boltzmann surface area)从原子层次上研究BEN与胰岛素的结合模式.结果表明抑制剂BEN的脒基不仅与Asp189的羰基产生静电相互作用，而且与残基Ser190和Gly214形成氢键相互作用.基于残基能量分解的计算表明抑制剂的苯基与残基His58, Cys191, Gln192, Trp211, Gly212和Cys215形成有利于抑制剂结合的疏水性相互作用.期望当前的研究能为胰岛素有效抑制剂的研发提供重要的理论指导.     

非迭代冻结密度近似方法在计算氢键相互作用的合理性研究

为计算相互作用较弱的分子碎片之间的耦合能,Harris从密度泛函理论出发,提出了一种简化方法,即冻结密度近似(FDA)方法.对该方法在描述分子间氢键作用的合理性进行了验证.对水分子间的HO┉H氢键、甲酰胺与水分子间的NH┉O氢键、二氟甲烷和水分子间的OH┉F氢键,以及DNA中的碱基(AT,GC)之间的N—H┉O,N—H┉N等类型的氢键的计算表明:若电子交换关联采用非定域自旋密度近似,FDA的计算结果同其他abinitio方法的计算结果以及实验结果都符合得很好.FDA在计算过程中既不需要求解泊松方程,也不需要进行反复的自洽迭代,所以运算速度较快,在研究生物大分子体系中的氢键相互作用方面具有一定的使用价值 关键词： 冻结密度近似 氢键 密度泛函     

盐酸吡格列酮与胃蛋白酶之间的 相互作用及对药效、胃部消化能力的影响

为了研究药物与胃蛋白酶(PEP)相互作用后对药效及胃部消化能力的影响,在模拟生理条件下,建立了光谱测定。本文通过荧光法、同步荧光法和分子对接模拟技术研究了在298,310,318 K时盐酸吡格列酮(PGH)和PEP之间的相互作用机理。结果表明,PGH与PEP之间通过静电引力及氢键作用以静态猝灭的方式形成了1∶1的稳定复合物;PEP的酪氨酸残基(Tyr)和色氨酸残基(Trp)均参与了反应;PGH-PEP的结合对后继配体存在正协同作用。通过估算得知:当患者服用PGH 15～45 mg时,胃液中的药物结合率为0.0013%～0.0032%,数值很小,即PGH与PEP的结合对PGH药效几乎没有影响;PEP的结合率为69.76%～87.37%,即服用PGH使得游离的PEP减少69.76%～87.37%,表明服用PGH将使患者的消化功能受到影响。分子对接技术表明PGH与PEP的最佳结合位点位于PEP的催化活性中心处,且两者的结合作用改变了PEP催化活性中心处氨基酸残基的微环境。     

偶氮四唑叠氮基甲脒AFZT高压物性的第一性原理计算

偶氮四唑叠氮基甲脒AFZT的爆轰性能表现优异,在高能炸药领域中具有广阔的应用前景.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法计算了AFZT在0～50 GPa压力下的晶体结构、电子性质以及氢键相互作用,并分析了这些性质在压力下的变化规律.在压力的作用下,AFZT晶体在5 GPa下发生了结构转变并伴随着电子结构中带隙值的突变,其带隙先减小后增大再减小,总态密度的峰值随着压力的增加而减小.结构中叠氮甲脒阳离子上的N8-N9与N9-N10键在压力下表现得最稳定,N-H^…N类型的氢键在所有相互作用中占据主导地位.此外,AFZT结构沿不同晶轴压缩的难易程度与此方向上氢键相互作用分布的疏密有关,并且其氢键主要沿xz平面分布而在y轴上分布极少,这导致了它沿y轴方向最易被压缩.     

分子动力学研究抑制剂APV与HIV-1蛋白酶的作用机制

采用分子动力学模拟和结合自由能计算研究了抑制剂APV与HIV-1蛋白酶的作用机制.研究结果表明范德瓦尔斯作用主控了APV与HIV-1蛋白酶的结合.采用基于残基的自由能分解方法计算了抑制剂-残基相互作用,结果表明9个残基Gly27、Ile32、Val47、Ile50、Ile84、Ala28'、Gly49'、Ile50'和Arg87'与APV产生了大于1.0 kcal/mol的强相互作用,而且证明CH-π,CH-O相互作用和极性作用是其结合的主要形式.期待该结果可以为以HIV-1蛋白酶为靶标的抗艾滋病药物设计提供理论上的指导.     

分子动力学研究抑制剂APV与HIV-1蛋白酶的作用机制

采用分子动力学模拟和结合自由能计算研究了抑制剂APV与HIV-1蛋白酶的作用机制. 研究结果表明范德瓦尔斯作用主控了APV与HIV-1蛋白酶的结合. 采用基于残基的自由能分解方法计算了抑制剂-残基相互作用,结果表明9个残基Gly27、Ile32、Val47、Ile50、Ile84、Ala28′、Gly49′、Ile50′和Arg87′与APV产生了大于1.0 kcal/mol的强相互作用,而且证明CH-π,CH-O相互作用和极性作用是其结合的主要形式. 期待该结果可以为以HIV-1蛋白酶为靶标的抗艾滋病药物设计提供理论上的指导.     

分子动力学研究抑制剂APV与HIV-1蛋白酶的作用机制

采用分子动力学模拟和结合自由能计算研究了抑制剂APV与HIV-1蛋白酶的作用机制. 研究结果表明范德瓦尔斯作用主控了APV与HIV-1蛋白酶的结合. 采用基于残基的自由能分解方法计算了抑制剂-残基相互作用,结果表明9个残基Gly27、Ile32、Val47、Ile50、Ile84、Ala28′、Gly49′、Ile50′和Arg87′与APV产生了大于1.0 kcal/mol的强相互作用,而且证明CH-π,CH-O相互作用和极性作用是其结合的主要形式. 期待该结果可以为以HIV-1蛋白酶为靶标的抗艾滋病药物设计提供理论上的指导.     

1,1,3,3-四甲基脲—溶剂氢键复合物的理论研究

采用密度泛函理论在B3LYP/6-311++G(d,p)水平上对水、苯胺、氯仿与1,1,3,3-四甲基脲分子形成的1:1气相氢键复合物进行计算研究.结果表明,三种物质与1,1,3,3-四甲基脲形成的复合物存在氢键,表现为羰基氧原子的孤对电子与H—X(X=O,N,C)反键轨道的相互作用.氢键的形成使C=O和H—X的伸缩振动频率红移.在标准压力和298.15 K下,氢键复合物的形成是一个放热的非自发过程.     

抑制剂8Q9和8QC与bromodomain结构域蛋白4作用机理的分子动力学研究

Bromodomain结构域蛋白4（bromodomain-containing protein 4,BRD4）已成为治疗多种疾病药物设计的重要靶标. 最近在实验上发现了几种有效的靶向BRD4的抑制剂,但具体的抑制机理尚不清楚．此工作采用分子动力学模拟,动态相关性分析和结合自由能计算研究抑制剂8Q9和8QC与BRD4(1)的结合模式．分子动力学分析表明抑制剂结合对BRD4(1)的结构柔性产生重大影响．同时动态相关性分析进一步表明抑制剂结合极大地改变了BRD4(1)的运动模式．结合自由能计算结果表明范德华相互作用是抑制剂与BRD4(1)结合的主要驱动力．采用基于残基的自由能分解方法评估了分离残基对抑制剂结合的贡献,数据表明氢键相互作用和疏水相互作用是影响抑制剂与BRD4(1)结合的关键因素．本研究有望为设计和开发靶向BRD4的抑制剂提供有意义的理论指导．     

甲型流感病毒DNA序列的长记忆ARFIMA模型

流感病毒分为三类:甲型(A型),乙型(B型),丙型(C型).在这三种类型中甲型(A型)流感病毒是最致命的流感病毒,对人类引起了严重疾病.本文对甲型流感病毒DNA序列建立了一种新的时间序列模型,即CGR(Chaos Game Representation)弧度序列.利用CGR坐标将甲流病毒DNA序列转换成CGR弧度序列,且引入长记忆ARFIMA模型去拟合此类序列,发现随机找来的10条H1N1序列,10条H3N2序列都具有长相关性且拟合很好,并且还发现这两种序列可以尝试用不同的ARFIMA模型去识别,其中H1 关键词： 甲型流感 时间序列模型 CGR (p')" href="#">ARFIMA(p d 模型')" href="#">q)模型     

细胞周期依赖性激酶2与其抑制剂的残基特异性结合的计算分析

细胞周期依赖性激酶2(CDK2)是细胞周期调控中的关键大分子.在癌细胞中,CDK2常被过度表达,因此抑制CDK2的表达是治疗乳腺癌、白血病和淋巴瘤等多种癌症有效的方法,在分子水平上定量表征CDK2与其抑制剂之间的相互作用,可为药物开发提供更深入的蛋白质与抑制剂的相互作用机制和线索,本文采用计算丙氨酸扫描和相互作用熵方法,研究CDK2与13种抑制剂结合的微观机制,该方法得到的结合自由能与实验值之间的相关系数为0.76～0.83.计算结果揭示了这13种抑制剂中的两种结合模式,即范德华占优势和静电占优势.通过将总能量分解为每个残基的贡献,确定了结合过程中五个疏水残基为热点残基,同时发现了能够决定CDK2与抑制剂结合强度的残基.     

C6H5COOH⋯X分子间氢键的理论研究

在B3LYP/6-311++G(3df,2p)理论水平,计算研究C6H5COOH...X分子间氢键的理论研究(X=H2O, HCOH, CH3COCH3, NH3, CH2NH和HCN)氢键体系。获得氢键复合物稳定结构、氢键相互作用能、振动频率、热力学性质等。计算结果表明,C6H5COO—H...X体系存在较强的O—H...O与O—H...N红移氢键。C6H5COO—H...X氢键复合物气态分子的自发形成过程温度不同,C6H5COOH...NH3和C6H5COOH...CH2NH 体系在室温下能自发进行,其余二聚体要在低温下才能自发进行。     

C6H5COOH⋯X分子间氢键的理论研究

在B3LYP/6-311++G(3df,2p)理论水平,计算研究C6H5COOH...X分子间氢键的理论研究(X=H2O, HCOH, CH3COCH3, NH3, CH2NH和HCN)氢键体系。获得氢键复合物稳定结构、氢键相互作用能、振动频率、热力学性质等。计算结果表明,C6H5COO—H...X体系存在较强的O—H...O与O—H...N红移氢键。C6H5COO—H...X氢键复合物气态分子的自发形成过程温度不同,C6H5COOH...NH3和C6H5COOH...CH2NH 体系在室温下能自发进行,其余二聚体要在低温下才能自发进行。     

1,3,5-三氮杂苯－水簇氢键结构性质

在B3LYP/6-31 G**和MP2/6-31 G**水平上对1,3,5-三氮杂苯-(H2O)n(n=2,3)复合物的基态氢键结构进行几何优化和性质计算,结果表明复合物之间存在较强的氢键相互作用,所有稳定复合物结构中形成一个N…H-O氢键并终止于弱O…H-C氢键的氢键水链构型最稳定.氢键的形成是水分子中H-O键振动频率减小(红移).NBO分析表明,最稳定的1:2和1:3复合物发生分子问电荷转移总量分另q为0.02501 e和0.02777 e.