环二肽的自组装及其荧光性能

环二肽由两个氨基酸通过肽键环合形成,在氢键相互作用驱动下具有较强的自组装倾向.本工作研究了c-SF,c-SY,c-SH及c-DF等四种环二肽的自组装行为和组装体的荧光特性.实验结果表明,c-SH为无规卷曲而其他三种环二肽均采取β-sheet二级结构,且除c-SH未形成明显组装体外,其他三种环二肽均形成不同尺寸的纳米纤维.荧光光谱检测发现环二肽在不同波长的激发下存在多个不同的荧光发射峰;对于c-SH,侧链咪唑基官能团与Zn（II）配位可以增大荧光发射的强度;对于c-SY,侧链酚羟基的氧化也可以增强荧光强度.推测在氢键作用的驱动下环二肽分子可以逐个堆叠形成纳米纤维,自组装导致的分子聚集和分子的侧链结构均可使环二肽具有可调变的荧光性能.     

表皮生长因子受体和抑制剂之间分子对接的研究

研究了表皮生长因子受体(EGFR)和4-苯胺喹唑啉类抑制剂之间的相互作用模式，表皮生长因子受体的三维结构通过同源蛋白模建的方法得到，而抑制剂和靶酶结合复合物结构则通过分子力学和分子动力学结合的方法计算得到。从模拟结果得到的抑制剂和靶酶之间的相互作用模式表明范德华相互作用、疏水相互作用以及氢键相互作用对抑制剂的活性都有重要的影响，抑制剂的苯胺部分位于活性口袋的底部，能够与受体残基的非极性侧链产生很强的范德华和疏水相互作用，抑制剂双环上的取代基团也能和活性口袋外部的部分残基形成一定的范德华和疏水性相互作用，而抑制剂喹唑啉环上的氮原子能和周围的残基形成较强的氢键相互作用，对抑制剂的活性有较大的影响，计算得到抑制剂和靶酶之间的非键相互作用能以及抑制剂和靶酶之间的相互作用信息能够很好地解释抑制剂活性和结构的关系，为全新抑制剂的设计提供了重要的结构信息。     

氨基酸侧链与氧化鸟嘌呤碱基对体系的氢键作用

应用量子化学方法,分别在气相和水溶液中对氨基酸侧链与氧化鸟嘌呤碱基对(8-oxo-G∶C)形成的三体复合物的氢键键能、几何结构、电荷分布及二阶稳定化能进行了研究.结果表明,水溶液的存在削弱了复合物中的氢键强度,电荷分布变化明显,水溶液中形成氢键位点的电荷变化量约为气相中的10倍,而几何结构变化不明显、对于酶与DNA之间的相互作用的研究需在水溶液中进行.水溶液对带电三体复合物中8-oxo-G∶C与氨基酸侧链间的氢键有较大影响,键能平均减小了69.23 k J/mol,不带电复合物仅减小了3.60k J/mol.水溶液中三体复合物中8-oxo-G∶C间的氢键受侧链的影响不大,且与侧链带电与否无关,带电复合物和不带电复合物的氢键强度分别减小了24.57和30.05 k J/mol,且二阶稳定化能越大,其对应的氢键键长越短.     

碱基腺嘌呤与多肽酰胺间氢键作用的最佳位点

正确理解核酸碱基和蛋白质多肽间的作用机制有助于人们利用这些生物分子有效地进行分子设计,进而制备具有特殊纳米结构和功能的生物分子材料.本文优化得到了碱基腺嘌呤与N-甲基乙酰胺、甘氨酸二肽、丙氨酸二肽形成的20个氢键复合物的结构并计算了结合能,探讨了腺嘌呤与多肽酰胺间氢键作用的最佳位点.研究发现:腺嘌呤可以使用两个不同位点(A1位点和A2位点)与N-甲基乙酰胺形成N―H…N型或者N―H…O=C型氢键复合物,腺嘌呤使用A1位点与N-甲基乙酰胺形成的N―H…N型氢键复合物更稳定;二肽分子可以使用主链上两个不同位点(丙氨酸的Ala7位点和Ala5位点或者甘氨酸的Gly7位点和Gly5位点)与腺嘌呤形成含有N―H…N和N―H…O=C两条氢键的复合物,二肽分子使用Ala7或Gly7位点与腺嘌呤形成的氢键复合物更稳定;腺嘌呤与多肽间的氢键作用强于其与N-甲基乙酰胺的作用.基于分子中的原子理论与自然键轨道计算结果分析了氢键作用的本质.     

吲哚并喹啉衍生物与G-四链体相互作用的分子模拟研究

G-四链体是富含鸟嘌呤碱基的DNA序列通过氢键相互作用形成的四链螺旋结构. 通过小分子化合物诱导与稳定端粒G-四链体从而抑制端粒酶活性是一种新的抗癌策略. 为了研究一系列吲哚并喹啉衍生物与端粒G-四链体的相互作用, 探究其相互作用模式, 从而为实现基于G-四链体结构的药物合理设计提供依据, 使用分子对接的方法构建了吲哚并喹啉衍生物与G-四链体复合物结构, 在此基础上进行分子动力学模拟, 并使用线性相互作用能(LIE)方法计算了化合物与G-四链体的结合自由能. 结果表明: 化合物与G-四链体的主要相互作用方式由氢键、静电与π-π堆积作用构成, 侧链末端基团类型和侧链的长短是影响相互作用强弱的重要因素. 通过LIE方法计算的结合自由能与实验结果基本吻合, 相关度达到r²＝0.79. 并且, 基于预测的结合模式, 总结了拥有更高活性的新型吲哚并喹啉衍生物应具有的几个结构特征.     

人类胞外信号调节激酶1的同源模建及其抑制剂的对接与结构改造

通过同源模建和分子动力学模拟构建了人类胞外信号调节激酶1(hERK1)的三维结构,并利用profile-3D和procheck方法评估了模型的合理性.对所得的结构使用分子对接程序Affinity和CDOCKER进行了两种抑制剂的对接.结果显示这两种抑制剂与酶的结合方式相似,它们均与残基K36,Q87之间存在氢键作用,二者取代基的不同导致了抑制能力的差别.基于对接结果分析,对已知抑制剂进行结构改造,得到了一个理论上结合能力更强的抑制剂.它在保持与K36和Q87之间氢键的同时,又与残基D93,K96,S135形成了四条氢键,显著提高了与酶的相互作用.对接相互作用能显著下降,MM-PBSA结合自由能降为负值,这些均体现了抑制能力的提高.本工作对于针对该酶的抑制剂设计和相关疾病的新药开发具有理论指导价值.     

气态二聚体[C1~6mim]2[BF4]2纳米微观结构的理论研究

在B3LYP/6-311+G(d,p)的水平上采用密度泛函理论研究了[C_nmim]+(n=1~6)与[BF_4]~ˉ形成二聚体[C_nmim]_2[BF_4]_2(n=1~6)的微观纳米结构。通过理论计算二聚体的相互作用能量发现,阴阳离子之间存在较强的氢键作用,且随着咪唑鎓烷基链的增加相互作用能也随之增加,另外,烷基侧链的长度会影响氢键强度。当咪唑鎓烷基侧链中C的个数大于4时,烷基尾部能够发生聚合,从而形成类胶束纳米结构。通过对自然布居分析、自然键轨道以及弱相互作用的分析和计算,同样证明了二聚体中存在较强的氢键作用,烷基侧链中碳的个数影响了离子液体的微观结构。     

核酸碱基与甘氨酸二肽间氢键作用的最佳位点

优化得到了碱基腺嘌呤、胸腺嘧啶、尿嘧啶、鸟嘌呤及胞嘧啶与甘氨酸二肽分子形成的28个氢键复合物的稳定结构并计算了结合能, 探讨了五种碱基与甘氨酸二肽分子间氢键作用的最佳位点. 本文研究发现: 每种碱基均可以通过不同位点与二肽分子形成氢键复合物, 腺嘌呤、胸腺嘧啶、尿嘧啶、鸟嘌呤及胞嘧啶分别最倾向使用A3、T1、U1、G3及C1位点与甘氨酸二肽分子形成氢键复合物; 碱基分子某位点的质子化反应焓变越负所形成的氢键复合物越稳定, 去质子化反应焓变越小所形成的氢键复合物越稳定; 由氢键复合物的结合能计算得到的稳定性次序与由碱基分子质子化和去质子化反应焓变推得的稳定性次序一致.     

用分子模拟方法研究HIV-1整合酶与咖啡酰基类抑制剂的相互作用

用分子对接和分子动力学(MD)模拟方法研究了一类咖啡酰基和没食子酰基类HIV-1整合酶抑制剂与整合酶之间的相互作用模式, 结果表明该类抑制剂分子上的两个侧链基团(咖啡酰基或没食子酰基)与整合酶的DDE基序之间的相互作用对抑制整合酶活性起到关键作用. 当侧链基团为没食子酰基时, 可以提高该类抑制剂与整合酶的结合能力. 采用线性相互作用能方法(LIE)计算了该类抑制剂与整合酶之间的结合自由能, 预测值与实验值相吻合, 均方根偏差RMSD为1.39 kJ•mol^-1, 以上结果可为基于结构的HIV-1整合酶抑制剂设计提供有用的信息.     

带电组氨酸侧链与DNA碱基间非键作用强度的理论研究

采用MP2方法和6-31+G(d,p)基组优化得到了带有一个正电荷的组氨酸侧链与4个DNA碱基间形成的18个氢键复合物的气相稳定结构, 从文献中获取了组氨酸侧链与DNA碱基间形成的12个堆积和T型复合物的气相稳定结构, 使用包含基组重叠误差(BSSE)校正的MP2方法和aug-cc-pVTZ基组及密度泛函理论M06-2X-D3方法和aug-cc-pVDZ基组计算了这些复合物的结合能. 研究结果表明, 包含BSSE校正的M06-2X-D3方法和aug-cc-pVDZ基组能够给出较准确的结合能; 气相条件下, 组氨酸侧链与同种DNA碱基间的离子氢键作用明显强于堆积作用和T型作用, 组氨酸侧链最易通过离子氢键与胞嘧啶C和鸟嘌呤G作用形成氢键复合物, 组氨酸与胞嘧啶C和鸟嘌呤G间的T型作用强于与腺嘌呤A和胸腺嘧啶T间的离子氢键作用; 水相条件下, 组氨酸侧链与同种DNA碱基间的离子氢键作用仍明显强于堆积作用和T型作用, 组氨酸侧链更易与胞嘧啶C和鸟嘌呤G相互作用形成氢键复合物, 但是最强的组氨酸侧链与胞嘧啶C间的T型作用明显弱于与腺嘌呤A和胸腺嘧啶T间的离子氢键作用, 说明水相条件下组氨酸侧链与DNA碱基间主要通过离子氢键作用形成氢键复合物.     

水分子与聚苯胺间氢键的形成对电子性质的影响

用量子化学SCF-LCAO-MO AM1方法, 对于水分子与聚苯胺(PAn)间氢键体系进行了结构优化, 从理论上系统地研究了聚苯胺分子链不同位置形成氢键的可能性以及成键方式。运用晶体轨道EHMACC方法, 对具有不同氢键结构的PAn体系进行了能带结构计算, 揭示了水分子存在和氢键的形成对PAn掺杂导电性能的贡献。氢键形成后, 能带结构变化表明有利于导电能力的提高。     

EGFR和4-苯胺喹唑啉类抑制剂之间相互作用模式的研究

采用分子动力学和MM/PBSA相结合的方法预测了表皮生长因子受体和4-苯胺喹 啉类抑制剂的相互作用模式。在分子动力学采样的基础上,采用MM/PBSA的方法分 别预测了四种可能结合模式下表皮生长因子受体和4-苯胺喹唑啉类抑制剂间的结合 自由能。在MM/PBSA计算中,受体和抑制剂之间的非键相互作用能采用分子力学 (MM)的方法得到;溶剂效应中极性部分对自由能的贡献通过解Possion- Boltzmanne (PB)方程的方法得到;溶液效应中非极性部分对自由能的贡献则通过 分子表面积计算(SA)的方法得到。计算表明,在四种结合模式下,表皮生长因子受 体和4-苯胺喹唑啉类抑制剂之间的结合自由能有较大的差别。在最佳的相互作用模 式中,抑制剂的苯胺部分位于活性口袋的底部,能够与受体残基的非极性侧链产生 很强的范德华和疏水相互作用。抑制剂喹唑啉环上的N(1)原子能够和Met-769上的 NH形成稳定的氢键,而抑制剂上的N(3)原子则和周围的一个水分子形成氢键。同时 ,抑制剂双环上的取代基团也能和活性口袋外部的部分残基形成一定的范德华和疏 水相互作用。最佳结合模式能够很好地解释已有抑制剂结构和活性间的关系。     

精氨酸侧链和核酸碱基间离子氢键作用强度分析

采用MP2/6-31+G(d,p)方法优化得到了22个由精氨酸侧链与碱基尿嘧啶、 胸腺嘧啶、 胞嘧啶、 鸟嘌呤及腺嘌呤形成的氢键复合物的气相稳定结构, 使用包含BSSE校正的MP2/aug-cc-pVTZ方法计算得到了复合物的气相结合能, 通过MP2/6-31+G(d,p)方法和PCM模型优化得到了复合物的水相稳定结构, 采用MP2/aug-cc-pVTZ方法和PCM模型计算得到了复合物的水相结合能. 研究发现, 精氨酸侧链与碱基间的离子氢键作用强度与单体间电荷转移量、 氢键临界点电子密度及二阶作用稳定化能密切相关. 与中性氢键相比, 离子氢键作用具有更显著的共价作用成分. 研究还发现, 精氨酸侧链和碱基间形成的氢键复合物的稳定性次序可以通过氢键受体碱基分子上氧原子和氮原子的质子化反应焓变进行预测, 质子化反应焓变越负, 形成的氢键复合物越稳定.     

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.     

含低剂量抑制剂体系气体水合物生成动力学

水合物管道堵塞是油气工业安全生产的重要问题之一, 目前低剂量抑制剂以其经济性、环境友好性等优点, 逐步取代传统抑制剂. 文中在8.5 MPa、4 ℃条件下, 1.072 L反应釜内, 采用甲烷、乙烷和丙烷混和气, 研究了含低剂量抑制剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和GHI1的水合物生成体系反应过程, 计算分析了压缩因子和自由气量随反应时间的变化, 对比了在相同反应程度下添加PVP和GHI1后水合物含气量的区别, 探讨了GHI1组合抑制剂的抑制机理. 实验结果表明PVP和GHI1能抑制水合物生长, 不能有效抑制水合物成核; 添加PVP的体系, 在实验气体组成下, 甲烷乙烷进入水合物小晶穴, 并且甲烷优先进入小晶穴; GHI1对丙烷乙烷的抑制能力强于甲烷; 对比GHI1和PVP的反应过程, 认为协同剂二乙二醇丁醚的羟基和醚类结构加强反应体系中的氢键, 和PVP结合使用, 通过氢键和空阻达到抑制效果.     

Fmoc-FF二肽分子自组装过程的分子动力学研究

采用分子动力学方法模拟研究了Fmoc-FF二肽分子在溶液中的自组装过程,探究了自组装过程中的驱动力及水桥结构对聚集体稳定性的影响.结果表明,Fmoc-FF二肽分子可以在水溶液中自组装形成结构规整的圆柱形纳米棒;根据Fmoc环间的径向分布函数,通过比较二肽分子之间及二肽分子与水分子间的相互作用,推测二肽分子间的π-π相互作用是自组装过程的主要驱动力;另外的驱动作用体现在二肽分子与水分子之间形成的氢键,其中水分子以水桥结构连接不同的二肽分子,这种水桥结构对自组装结构具有稳定作用.     

脂肪族氨基酸二肽与水团簇的理论研究

用ABEEMσπ/MM模型和MP2/6-31+G(d)//B3LYP/6-31G(d)方法研究水合效应对脂肪族氨基酸二肽的影响.从结构和能量两方面说明Leu残基在蛋白质中起成旋作用,Val和Ⅱe残基在蛋白质中起解旋作用.同时得出:水分子严重影响了二肽分子的骨架二面角;对于结合相同数目水分子的团簇倾向于形成含有环状氢键的结构,并且含有环状氢键团簇的结合能大于含有链状氢键团簇的结合能.     

毒素DON单链抗体的同源建模及与DON结合的分子模拟研究

通过同源模建及分子力学构建并优化了呕吐毒素DON单链抗体的三维结构, 结合Procheck和verify_3D方法评估得到合理的抗体模型. 利用分子对接方法研究了单链抗体与其抗原DON的识别及相互作用. 结果表明, 毒素结合到抗体轻链上, 通过轻重链的交界区残基与重链结合, 与残基Pro107之间存在氢键作用. 采用分子动力学模拟和MM/GBSA方法计算了毒素DON与抗体之间的结合自由能, 计算结果与实验值相吻合, 体系疏水相互作用是维持复合物稳定结构的主要驱动力. 动力学模拟氢键分析和能量分解结果共同表明, 残基Pro107参与稳定氢键的形成并贡献很强的范德华作用, 是毒素结合抗体最关键的残基. 本研究为该毒素抗体的结构设计提供了重要的线索和理论依据, 对毒素类分子新型抗体的研究和开发具有理论指导价值.     

虚拟原子探针随机采样法用于氨基酸结构描述及其构效关系研究

考虑药物与蛋白质受体的3类非键作用模式, 利用8类虚拟原子探针和Monte Carlo随机采样技术, 得到了一套新的氨基酸侧链表面静电、立体及疏水势能场(ASSPF)参数. 在此基础上对苦味二肽和血管舒缓激五肽进行了结构表征和QSAR研究, 所建模型复相关系数R2和留一法交互检验复相关系数QLOOCV2分别为0.8457, 0.851和0.7688, 0.7952, 同时分析了肽链不同位置上氨基酸侧链对活性的影响, 取得较好的结果.