白喉毒素活性中心的量子化学计算与149位突变体的酶学动力学

通过量子化学计算确定白喉毒素分子催化区活性中心的关键氨基酸残基, 评价其取代后的酶活性的改变, 为导向性抗癌药物研究提供高效杀伤细胞工具. 结合目前关于白喉毒素结构与功能的研究状况和量子化学计算结果, 将白喉毒素催化区的第149位酪氨酸突变为苯丙氨酸, 对其酶活性和与底物的结合能力进行评价. Y149位酪氨酸位于正电中心, 起受电子作用, 与野生白喉毒素相比, 苯丙氨酸突变体的酶催化活性增加约一倍, 而与底物结合能力没有变化. Y149是酶活性中心的关键氨基酸残基, 对其取代能够影响蛋白质的生物活性.     

拟南芥转酮醇酶蛋白AtTKL1的同源建模及与α-三联噻吩结合作用分析

以玉米转酮醇酶(1ITZ)的晶体结构为模板,对拟南芥转酮醇酶(At TKL1)的三维结构进行模拟和优化.利用生物信息学方法,确定其氨基酸结合位点为His143,Gly234,Asn263,Arg434,Ser461,Gln488,Phe515,His539,Asp547和Arg598,催化氨基酸位点为His103和His340.通过分子模拟确定α-三联噻吩与At TKL1的活性口袋可有效结合,且At TKL1的催化位点和结合位点为其与α-三联噻吩结合的关键位点.利用荧光猝灭光谱技术确定At TKL1与α-三联噻吩之间存在结合作用;酶活力检测结果表明加入α-三联噻吩后转酮醇酶蛋白的活性降低,进一步验证了At TKL1与α-三联噻吩之间的相互作用.     

VEGFR-2 与抑制剂Sunitinib 的分子对接及分子动力学研究

用分子对接方法研究了VEGFR-2 和抑制剂Sunitinib 的相互作用模式, 并对其复合物进行了10 ns 的分子动力学(Molecular Dynamics, MD)模拟. 结果表明, 抑制剂Sunitinib 能与VEGFR-2 中位于活性空腔的Glu885, Ile888, His1026,Asp1028, Asp1046 五个氨基酸残基形成疏水作用; 另外, VEGFR-2 中His1026, Cys1024, Asp1046 三个氨基酸残基能与Sunitinib 形成三个作用强度不同的氢键. 这些基团之间的相互作用是Sunitinib 抑制VEGFR-2 活性的关键因素. 研究结果可为VEGFR-2 抑制剂的结构改良、分子设计、合成提供理论参考, 并有助于寻找活性更高、效果更好的抗肿瘤药物.     

基于分子对接技术及CoMSIA/HQSAR辅助的二羟基多氯联苯衍生物分子修饰

利用类二噁英类多氯联苯(PCBs)大气氧化降解产物二羟基多氯联苯与2,3-二羟基联苯双加氧酶(Bphc,PDB ID:1KW6)进行分子对接,构建以分子结构参数为自变量,对接打分函数(K_d,代表对接活性)为因变量的分子相似性指数分析(Co MSIA)与分子全息定量结构-活性相关关系(HQSAR)模型,并对二羟基多氯联苯进行分子修饰,研究结果表明,Bphc酶对二羟基多氯联苯均有不同程度的降解能力,影响Bphc酶对接活性的氨基酸残基为His145,Val147,Ile174,His194,His208,His209,His240,Asn242,Tyr249及Thr280,且二羟基多氯联苯与氨基酸残基对接形成的氢键越多对接活性越高.建立了CoMSIA和HQSAR模型耦合的二羟基多氯联苯分子取代活性精确定位方法,以打分函数较低的二羟基多氯联苯5,6-2OH-CB60为目标分子,设计出8种打分函数显著提升的新型分子,其对接活性提高65%~185%,分子毒性(IC_(50))下降10%~83%,生物富集性(BCF)下降4%~27%,迁移性(K_(OA))与半衰期(t_(1/2))增降幅基本不变.所设计新型分子反应路径的推断可以验证二羟基多氯联苯5,6-2OH-CB60在环境中与活性自由基或与活性分子反应生成所设计的新型5,6-2OH-CB60分子,即类二噁英类PCBs可通过大气氧化降解最终生成酶降解性显著提高的新型二羟基多氯联苯,达到进一步控制类二噁英类PCBs环境行为的目的.     

血管紧张素转换酶与抑制肽结合模式的分子动力学研究

应用分子模拟方法研究了血管紧张素转换酶(Angiotensin-converting enzyme,ACE)C端结构域(C-domain)与两种抑制肽(RIGLF/AHEPVK)的结合机制,预测了两个体系的结合模式,提出在C-domain-RIGLF中His353,Asp377,Asp453,Phe457,His513,Tyr523和Phe527为RIGLF主要结合残基,而在C-domainAHEPVK中Gln281,His353,Ser355,Glu384,Lys511,His513和Tyr523等残基起关键作用.应用结合自由能计算比较了两个体系的结合能力,结果表明,RIGLF和AHEPVK均与C-domain活性位点残基存在较强作用,且AHEPVK对C-domain的结合能力较强,与实验结果一致.     

白腐菌漆酶耐盐性的生物信息学研究及氯离子、氧气和水分子输运通道分析

运用生物信息学方法分析了各物种漆酶的耐盐性差异,并利用随机加速动力学模拟计算揭示了白腐菌漆酶内部连接三铜活性中心(TNC)的氯离子、氧气和水分子的可能输运通路.生物信息学系统发生树和结构比对分析表明,担子真菌、子囊真菌与细菌漆酶具有较高的结构保守性;通过随机加速动力学模拟发现,白腐菌T.versicolor漆酶内部有5条小分子输运通道(p1~p5),其中p2和p5为新的输运通道;与氧气和水分子输运不同,氯离子在漆酶内部输运时受到明显约束,以较高的几率通过p1和p4输运通道.高耐盐漆酶的p1通道周边富集了更多酸性和芳香性氨基酸残基,降低了氯离子的输运效率,从而提高其耐盐性.     

CYP2C9酶与Warfarin结合模型的立体选择性理论研究

对CYP2C9酶与S-Warfarin复合物的晶体结构进行分子对接、分子动力学模拟、通道分析及结合自由能计算,发现原晶体结构中的结合模式为"亚稳态",提出了CYP2C9与S-Warfarin结合的可催化模式;比较了CYP2C9与S-和R-Warfarin结合的异同,确定了在结合过程中起重要作用的锚定氨基酸残基,尤其是位于活性位点区域的苯丙氨酸簇.在结合过程中这些残基通过芳香环的移动对稳定底物的结合模式起到至关重要的作用,阐明了该酶呈现相关底物选择性的原因.对于CYP2C9与底物对接模式及立体选择性的研究有助于在分子层面上理解特异性底物与酶的结合特点,为潜在的药物设计提供了合理可信的理论依据.     

蛋白质的电子结构与活性关系——理论与计算方法

随着生物工程的发展,要求对蛋白质的电子结构与活性关系进行研究。而不加分割地对蛋白质作完整分子的量子化学计算,至今尚未见报导。其原因在于,未能找到合适的数值计算方法。本文报导了这方面的研究成果。假设一个蛋白质由N个氨基酸残基构成,其中有L对硫-硫键,每一个氨基酸残基有m_n个单元轨道,则整个蛋白质分子的分子轨道可以写成这些单元轨道的线性组合:     

猪胰岛素的活力位置的电子结构分析

本文采用负因子计数方法对猪胰岛素分子作了完整分子的量子化学计算,其中对矩阵元的计算采用EHMO方法。我们将前线轨道的概念推广为靠近Fermi能级的能量区域中的分子轨道,将局域于少数氨基酸残基上的前线轨道简称为活性轨道。计算结果表明,猪胰岛素70％的活力敏感位置上局域有活性轨道。对全部结果的分析说明猪胰岛素的活性轨道和生物活力之间存在某些内在联系,但不是一一对应关系;猪胰岛素的三级构象的变化可以引起电子结构的变化;相同种类的氨基酸残基在分子的不同位置上可以有不同的活性轨道能级和轨道分布。     

结合分子模拟探讨共聚酯PBSH在不同溶剂中的PC脂肪酶催化降解

采用固定化洋葱假单胞菌(PC)脂肪酶为催化剂,研究了在氯仿和四氢呋喃(THF)中不同摩尔比的聚(丁二酸丁二醇-co-丁二酸己二醇酯)(PBSH)的酶促降解规律及其差异性.通过PBSH降解前后的相对分子质量变化、降解产物的MALDI-TOF-MS分析研究了共聚酯降解规律,并以分子动力学(MD)及分子对接模拟分别研究了PC酶的溶剂效应及酶与底物的结合机制.研究结果表明,PC酶在2种溶剂中均可催化PBSH降解,但在氯仿中酶的活性较大,PBSH降解率大.分子动力学模拟数据表明,在THF中,PC酶整体氨基酸残基的涨落比氯仿中大,且THF会进入酶活性口袋中与催化残基Ser87结合,破坏了催化残基Ser87和His286之间的相互作用.分子对接结果分析发现,含丁二酸己二醇酯(HS)单元底物与PC酶活性位点的对接比含丁二酸丁二醇酯(BS)单元的更为稳定.     

靛蓝及其取代物的密度泛函理论研究

运用量子化学中密度泛函理论(DFT)方法,在B3LYP／6-31G^ 水平上对靛蓝及其芳环4,4′-,5,5′-,6,6′-,7,7′-取代衍生物进行理论计算．探讨了F,Cl,Br,NO2,CH3O,CH3在不同位置的取代对分子的几何构型、电子结构和电子光谱的影响,获得与实验结果相一致的结论．还用含时密度泛函理论(TD-DFT)方法在相同水平计算其电子光谱．结果表明靛蓝及其芳环取代衍生物的最低激发单重态(S1)均源自HOMO-LUMO(π-π^*)跃迁．     

十二烷基磺酸钠对大豆过氧化物酶活性和构象的影响

在不同的pH值体系中, 利用酶活测量、圆二色谱、荧光谱和电子吸收谱研究了十二烷基磺酸钠(SDS)对大豆过氧化物酶(SBP)活性与构象的影响情况. 在pH 2.6和4.2 的体系中, 少量的SDS分子可通过静电作用与SBP结合, 进而与SBP分子中的His169残基结合, 降低其与铁卟啉的配位能力, 使其Soret吸收带蓝移, 二级结构发生轻微的变动, 活性永久丧失. 在pH 5.2体系中, SDS和SBP分子都带负电, 由于静电排斥作用, SDS无法进入SBP的分子内部, 失去与SBP分子中His169残基结合的能力, 对SBP分子的二级结构没有影响, 仅对SBP分子的三级结构有所影响. 当SDS的浓度大于临界胶束浓度时, 由于胶束与SBP的静电排斥作用增强, 限制了铁卟啉中乙烯基的运动, 乙烯基与卟啉环的共轭程度增大, Soret 吸收带红移. 由于SBP活性可完全恢复, 此变化是可逆的.     

非对称二甲基精氨酸二甲胺水解酶-2的理论研究

利用同源模建的方法,构建了DDAH-2的三位结构.并与L-瓜氨酸、L-高半胱氨酸分别进行对接研究.其中,Asp77,Gly269,Glu27和Arg96是与L-瓜氨酸相互作用较强的残基,Asp77,His171,Asp125和Ala270是与-L高半胱氨酸相互作用较强的残基.尤其Asp77是在两种复合物中同时起重要作用的氨基酸,并且它与抑制剂之间都形成了氢键.     

紫细菌光合反应中心电子激发态的理论研究

运用ZINDO和INDO/S两种量子化学理论方法, 对紫细菌(Rhodopseudomonas (Rps.) viridis) 光合反应中心色素分子簇的电子激发态进行了理论研究. 通过理论计算的电子激发态光谱与实验吸收光谱, Circular Dichroism光谱的比较, 对实验光谱重新进行了较为合理的归属. 考察了色素分子间相互作用、色素分子与蛋白质中氨基酸残基相互作用对激发态光谱的影响. 研究结果表明: Rps. viridis光合反应中心色素分子簇间的相互作用以及氨基酸残基与色素分子的作用, 对激发态光谱的性质具有一定的影响; 不考虑色素分子间相互作用以及色素分子与周围氨基酸残基的作用, 只基于单个色素分子(或其模型分子)理论计算进行光谱归属是不合理的.     

结核分枝杆菌EPSP合酶与草甘膦的分子对接研究

采用Autodock4.2分子对接软件包,对结核分枝杆菌5-烯醇式丙酮酰莽草酸-3-磷酸合酶(5-Enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase,简称EPSP合酶)和草甘膦的相互作用机制进行了分子对接研究.研究结果表明,草甘膦与结核分枝杆菌EPSP合酶结合能为-28.27kcal/mol;结合位点位于该酶底物磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)的结合位点上,并与底物形成竞争性结合;草甘膦能与结核分枝杆菌EPSP合酶中位于活性空腔的Glu311,His340,Thr97及Arg124等11个氨基酸残基及酶底物S3P形成疏水作用;结核分枝杆菌EPSP合酶中Arg385,Arg344,His384,Lys23,Gly96,Arg124,Lys410,Glu341 8个氨基酸残基能与草甘膦上的羧基及磷酸基团形成10个氢键,推测草甘膦的羧基及磷酸基团是草甘膦对EPSP合酶抑制作用的物质基础;草甘膦与结核分枝杆菌EPSP合酶结合的主要推动力为氢键、疏水作用及静电作用力.研究结果可为草甘膦的结构改良及EPSP合酶基因的改造提供理论参考,并为通过对莽草酸途径的抑制作用这一崭新方法来研发新型抗结核药物提供科学依据.     

聚半乳糖醛酸酶（PG2）中色氨酸残基的化学修饰

用化学修饰法以Ｎ－溴代琥珀酰亚胺作修饰剂，对聚半乳糖醛酸酶（ＰＧ２）中色氨酸（Ｔｒｐ）残基与酶活性的关系进行研究，发现１个ＰＧ２分子中有６个Ｔｒｐ残基，其中４个位于酶分子内部，２个位于酶分子表面，该发现通过表面荧光猝灭实验得到进一步证明，酶分子表面的２个Ｔｒｐ残基中，有１个为活性必需的氨基酸，它的修饰导致大部分酶活力丧失，底物保护实验进一步证明该活性必需的Ｔｒｐ可能位于酶的活性部位，酶被修饰后其圆     

白色念珠菌N-肉豆蔻酰基转移酶中药物结合位点的MCSS分析

采用多拷贝同时搜寻方法(MCSS)分析得到了CaNMT活性位点的疏水区域、氢键结合位点和负电性区域. MCSS计算结果显示, CaNMT活性位点有两个疏水性比较强的区域: 一个由Tyr107, Tyr109, Val108, Phe117, Phe123, Ala127, Phe176和Leu337等残基组成; 另一个由Phe115, Phe240和Phe339组成. CaNMT活性位点发现有两个氢键作用区域, 其中Tyr119, His227, Asn392和Leu451是与已有抑制剂的氢键结合位点, Tyr107, Asn175, Thr211和Asp412是新发现的氢键结合位点, 而且在NMT家族中高度稳定, 它们对设计新结构类型的CaNMT抑制剂具有重要作用. Leu451是负电性兼氢键作用位点, 是抑制剂设计时所必需考虑的位点.     

Urokinase片断的二级、三级结构预测及构效关系研究

urokinase(简称UK)属于絲氨酸蛋白酶,其一级结构已经测定。去掉前135个残基后得到的低分子量UK(LUK)氨基酸残基的顺序与糜胰蛋白酶、胰蛋白酶等絲氨酸蛋白酶十分类似。从二硫桥的配置来看LUK与糜胰蛋白酶比较接近,而UK对Lys侧链处肽键的专一性则和胰蛋白酶相近。在这一类酶中,起到活性中心作用的氨基酸为Ser195,His57及Asp102.在UK中此三个氨基酸都保留了下来。蛋白水解酶中起专一性作用的残基主要是     

苯在CuCl（111）表面吸附的密度泛函理论研究

采用量子化学的密度泛函理论方法,探讨了苯分子在CuCl(111)表面上不同覆盖度下不同吸附位上的平行吸附行为. 计算结果表明,随覆盖度的减小,吸附作用增强, Cl位上的吸附是稳定的吸附模式,在低覆盖度下吸附能约为74 kJ/mol, 在顶位和穴位上的吸附属于较弱的物理吸附. 同时对吸附前后的电子布居和态密度进行了分析. 吸附过程中,苯分子的π电子向底物转移,同时Cu的 3d轨道的电子反馈给苯的反键π轨道.     

细菌漆酶的功能与催化特性

正漆酶(laccase)(EC 1.10.3.2)是一类含铜的多酚氧化酶(copper-containing polyphenol oxidase),属于蓝色多铜氧化酶(blue multi-copper oxidase,MCO)家族,能催化多种酚类、芳胺类化合物的氧化,同时将分子氧还原成水.漆酶突出的催化特性是它的底物具有广泛性、催化反应具有复杂性,生