应用机器学习方法构建药物分子解离速率常数的预测模型

越来越多的研究表明:药物分子与靶标分子的结合动力学性质与其在体内的药效有很强的相关性。因此,以改善结合动力学性质为导向的分子设计为药物研发提供了新的思路。本工作的研究目标在于得出预测药物分子解离速率常数(koff)的通用型定量结构-动力学关系(QSKR)模型。我们从文献中收集了406个配体分子的解离速率常数实验值,采用分子模拟方法构建了所有配体与靶蛋白复合物的三维结构模型。然后基于蛋白-配体原子对描述符,采用随机森林算法来构建预测配体分子解离速率常数的QSKR模型。通过探索不同条件(如距离区间,划分区间宽度和特征选择标准)下产生的描述符集合对模型预测精度的影响,确定当采用距离阈值为15?、划分区间宽度为3?、特征选择方差水平为2时得到的QSKR模型为最优,在两个独立测试集上获得良好的预测精度(相关系数为0.62)。本工作对预测药物分子解离速率常数这一关键科学问题进行了有益的探索,可为后续研究提供思路。     

有机磷农药分子空间坐标指数与色谱保留值的QSPR研究

根据分子空间坐标数据,定义了原子距离指数Ys、分子空间距离指数yF和空间坐标特征值指数Yλ来表征有机磷农药（OPS）的分子结构特征;运用误差反向传输（BP）人工神经网络方法建立21种OPS空间坐标指数与气相色谱保留值定量结构性质分析（QSPR）模型,预测了气相色谱保留值.结果得出实验室值与预测值的相关系数R=0.950 2,所建模型稳定性和预测能力均良好.     

多肽对钙调素亲和力的预测

根据前文提出的钙调素可结合多肽的钙调素结合部位的模型,并综合钙调素可结合多肽的报道,提出一种简单方法来预测多肽的钙调素结合部位和其复合物的解离常数,研究了多肽的疏水性、形成α螺旋结构的倾向、碱性等因素对解离常数的影响.为了进一步检验模型和预测方法,设计合成了模型肽,合成的模型肽与钙调素的复合物的解离常数的实测值与预测值相符.     

镍表面单原子台阶对甲烷解离过程影响的DFT研究

使用基于密度泛函理论（DFT）的DMol^3量子力学计算程序模块，采用Ni（211）周期性模型表达镍表面上的单原子台阶结构，计算出CHx（x=0～4）在Ni（211）模型不同活性位上的吸附能和空间构型，并使用LST／QST方法找到了台阶结构上CHx（x=1～4）的解离路径、过渡态和相应的能量数据．计算结果表明，金属表面台阶结构较平台结构更有利于CHx物种的吸附．台阶结构上存在能够降低CHx解离活化能的活性位．处于台阶结构上的特定位置时，CH4解离全过程的关键步骤-CH4和CH解离的活化能会大幅降低。     

含氧超价化合物OK_n的结构和稳定性

运用Ｂ３ＬＹＰ－ ＤＦＴ 密度函数方法,通过３ －２１Ｇ＊ 基组,对ＯＫｎ（ｎ ＝３ ～６） 系列超价化合物几何进行了优化,计算了各分子优化几何的频率．分析了各分子的稳定构型解离出Ｋ 与Ｋ２ 的反应能,从而预测了它们的热力学稳定性     

哌拉西林的解离常数测定及其在水溶液中的存在形态

哌拉西林（PIP）是一种广泛使用的广谱β-内酰胺类抗生素,其在环境中滞留可能对水生态产生风险。解离常数可以判断其在环境中的稳定性。本文采用自动电位滴定法,并用3种方法处理滴定数据,测定了PIP在25℃时的解离常数（p Ka）,其中一阶导数法、二阶导数法和二阶导数对pH作图法测得的p Ka值分别为3.19±0.02,3.20±0.09和3.14±0.18,相对标准偏差分别为0.68%,2.7%和5.8%。根据PIP的解离常数,可初步确定中性条件下,PIP以阴离子形式存在。采用液相色谱仪和分光光度计测定了PIP分子在pH 3～11的形态变化,逐渐碱化过程中,在pH 3～7溶液中PIP分子没有形态变化;在pH 9～11溶液中,PIP分子降解程度随pH升高而升高;pH 11时,PIP瞬间降解。将此溶液体系酸化（pH 11～3）过程中,溶液中存在2种可相互转化的降解产物,含量随pH改变。本研究通过PIP和其它抗生素的对比,预测了PIP的水解行为。     

弹性反传神经网络法预测烷基苯的疏水性常数

 介绍了应用人工神经网络预测烷基苯分子疏水性常数的方法。该法同传统方法相比 ,具有操作简便 ,适用范围广的特点。基于误差反传神经网络 ,建立了分子连接性指数 (χ)、范德华表面积 (Aw)和疏水性常数 (logP)之间的数学模型。应用该模型对烷基苯分子的疏水性常数进行预测 ,其平均相对偏差为 0 6 7%。并且通过与标准误差反传算法和自适应学习算法相比较 ,发现弹性反传算法具有训练速度快 ,参数选择简单的特点。     

静态GM（0,6）灰色模型在预测气相色谱保留指数上的应用

本文从麦克雷诺（ＭｃＲｅｙｎｏｌｄｓ）相常数法出发推导了五种标准物质与任意溶质ｉ的色谱保留指数之间的关系符合灰色ＧＭ（０，６）模型，对它们进行了灰色建模。获得了很高的模型精度，并根据模型式预测了涂有不同固定液色谱柱中的溶质ｉ的保留指数。通过预测值与文献值的比较，得到了良好的预测精度。     

2,4-二氨基嘧啶类FAK抑制剂的3D-QSAR研究

摘要 本文选取42个2,4-二氨基嘧啶类FAK小分子抑制剂,分别以比较分子场分析法（CoMFA）与相似性指数分析法（CoMSIA）构建3D-QSAR模型,评价模板分子、公共骨架点、最小能量优化参数、分子构象等因素对模型优化的影响。分析最优模型中立体场、静电场以及氢键等因素对抑制剂活性的影响,并应用分子对接分析该类抑制剂与FAK蛋白的相互作用。结果表明选择16号化合物作为模板分子,骨架A作为公共骨架点,最小能量优化参数中电荷、最大迭代系数、最低能量限定值分别为MMFF94、1000、0.01 Kcal/mol时所构建的模型最优。以CoMFA和CoMSIA构建的3D-QSAR模型的交叉验证系数（q2）分别为0.666和0.736,非交叉验证系数（R2）分别为0.990和0.989,表明此模型具有良好的预测能力。分子对接分析显示,其与FAK的氨基酸残基CYS502、ASP564形成了重要的氢键作用,并与周围残基形成了较强的疏水作用。通过3D-QSAR的构建与分子对接分析,可指导2,4-二氨基嘧啶类FAK小分子抑制剂的进一步结构优化设计。     

N—和对位取代苯胺及其正离子基在二甲亚砜溶液中的酸性解…

本文报道了在ＤＭＳＯ中测定的Ｎ－取代苯胺和对位取代乙酰苯胺的酸性解离常数［ｐＫａ（ＨＡ）］。利用热力学循环原理，通过对ｐＫａ和中性分子及其共轭碱的氧化电位的测定，求得到了直接方法难以得到的正离子基的酸性解离常数［ｐＫａ（Ｈａ＾＋．）］，并对所得的ｐＫａ（Ｈａ）和ｐＫａ（ＨＡ＾＋．）的取代基效应进行讨论。     

CS2 +多光子光解产生CS+的动力学研究

The dynamics on the multi-photon dissociation of CS2+ molecular ions to produce CS + ions has been investigated by measuring the CS + photofragment excitation（PHOFEX）spectrum in the wavelength range of 385～435 nm,where the CS2+ molecular ions were prepared purely by［3+1］multiphoton ionization of the neutral CS2molecules at 483.2 nm. With the ～60 ns delay,which is much more than the laser pulse width（～5 ns）,between ionization laser and dissociation laser,the threshold wavelength of dissociation laser to produce CS+ fragment ion from CS2+ molecular ions was obviously observed in the PHOFEX spectrum. The adiabatic appearance potential of the CS+ was determined to be（5.852 ± 0.005）eV above the X 2Σg,3/2（0,0,0）level of CS2+. The product branching ratios,（CS+/S+）,as measured from the PHOFEX spectra,increase from 0 to slightly larger than 1 in the wavenumber range of 47200～50400 cm-1 . The［1+1］dissociation mechanism to get to CS++S from CS2+ was discussed and preliminarily attributed to（i）CS2+（X 2Πg）→ CS2+（A2Πu）through one-photon excitation,（ii）CS2+（A2Πu）→ CS2+（X*）via internal conversion process due to the vibronic coupling between the A and X states,（iii）CS2+（X*）→ CS2+（B 2Σ+u）through the second photon excitation,and（iv）CS2+（B 2Σ+u）→CS +（X 2Σ+）+S（3P）,because of the potential curve crossing with the repulsive 4Σ- state and/or the 2Σ- state correlated with the second dissociation limit. However,when the dissociation laser overlaps the ionization laser in time scale in the laser-molecule interaction zone,the appearance threshold is not available in the PHOFEX spectrum. This fact shows that there are other mixed three-photon paths of［1+1+1'］,［1+1'+1'］,and［1+1'+1］to produce CS+ fragment ion from CS2+ molecular ions besides the above［1+1］dissociation mechanism,that is,CS2+（X 2Πg）→ CS2+（A 2Πu）through one-photon excitation［1］of dissociation laser,CS2+（A 2Πu）→CS2+（X*）via internal conversion process due to the vibronic coupling between the A and X states,CS2+（X*）→ CS2+（B 2Σ +u）through the second photon excitation by dissociation laser［1］or ionization laser［1'］,and third photon excitation by ionization laser［1'］or dissociation laser［1］to reach the adiabatic appearance potential to produce CS+ with the dissociation laser wavelengths longer than 423. 89 nm,at which the［1+1］dissociation mechanism to get to CS+ is unavailable.     

双（2,2-二硝基丙基）甲缩醛的结构和爆轰性能的量子化学研究

利用B3LYP/6-311＋G（2d,p）方法对一种新型含能增塑剂双（2,2-二硝基丙基）甲缩醛进行几何优化,计算了其红外光谱、生成焓和爆轰特性. 分析了最弱键的键离解能和键级并预测了目标化合物的热稳定性. 结果表明双（2,2-二硝基丙基）甲缩醛中的四个N-NO2键的键离解能都为164.38 kJ/mol. 表明目标化合物是一个热力学性能稳定的化合物. 以凝聚相生成焓和分子密度为基础,采用Kamlet-Jacobs方法预测其爆速和爆压. 目标化合物的晶体结构属于P21空间群.     

环烷烃及烷烃的折光指数与结构的关系研究

A new structure information autocorrelation topological index tX is designed and developed based on the vertex degree of molecular topology and autocorrelation function of mathematics. Quantitative structure property the relationships for estimating the refractive index of cycloalkane and alkane are set up based on multiple linear regression. The vertex degree is defined as βi .The structure information autocorrelation topological index tX is set up with the βi. The refractive index （nD）, for the 64 cycloalkanes, are correlated with this topological indices. The index, for the 27 alkanes, are also correlated with this topological indices. The calculated results showed that the calculated refractive index of cycloalkanes and alkanes are in good agreement with the experimental data, with the mean velative deviation 0.25%. With the established model, the refractive index of the other 5 alkanes are predicted.     

新颖的5,15-二(4-(5-乙酰基硫戊氧基)苯基)卟啉化合物的结构和性质的密度泛函理论计算

通过密度泛函理论计算比较性地研究了5,15-二(4-(5-乙酰基硫戊氧基)苯基)自由卟啉及其锌配合物的分子结构、电荷性质、分子轨道、电子吸收光谱和红外光谱.这类化合物具有在卟啉相对的两个中位的苯环上连有5-乙酰基硫戊氧基的新颖结构.模拟得到的这两个化合物的分子结构和电子吸收光谱以及红外光谱都与实验测得的符合得很好.通过与未取代的自由卟啉和卟啉锌的结构和性质进行比较,研究了中位取代基、极性溶剂和中心金属取代对此类卟啉化合物结构和性质的影响规律.对化合物的电子吸收光谱中的电子跃迁本质进行了归属,并通过基于正则坐标分析产生的动画对红外光谱的振动模式进行了指认.目前的工作将对理解此类新颖卟啉化合物的结构和性质以及取代基和溶剂效应提供很大的帮助.     

D-，L-苯丙氨酸诱导非手性菁染料的手性组装

超分子手性与分子自组装是生命体中非常重要和有趣的现象．报道了D,L-苯丙氨酸等氨基酸在氯化钠溶液中通过非共价键相互作用诱导非手性菁染料（Pseudoisocyanine,PIC）J-聚集体超分子手性的形成．实验结果表明,诱导的手性菁染料PIC聚集体发色团在π-π^＊跃迁区域产生了特征的镜像圆二色性,其圆二色信号和强度强烈地依赖于氨基酸的绝对构型、浓度、侧链基团和溶液温度．原子力显微镜照片清楚地表明,^聚集体由相互交联的纳米纤维组成,诱导的圆二色性可能来源于纤维状聚集体的宏观螺旋排列．     

痂囊腔菌素A分子构型和分子内氢键的理论研究

用半经验量子化学AM1方法对天然苝醌化合物痂囊腔菌素A(EA)的分子构型和分子内氢键进行了研究;从EA可能的64种构型中选择16种进行了计算.结果表明,EA的X射线晶体结构对应的构型是II型左旋(A)a,a型(II-L-A-a,a);小的生成热差值可以使得异构体间的转换容易进行,有利于发生分子内质子传递.尽管采用AM1方法计算得到的EA各种构象的平面性有所差别,但都很接近晶体的平面性.此外,EA分子内氢键键能的平均值为22.9kJ/mol;II型的氢键键能比I型的大,(9,10)位的氢键键能比(3,4)位的大;EA的平面性是由苝醌环上的侧链取代所决定,而与分子内是否存在氢键无关.     

Determination of reaction coordinates via locally scaled diffusion map

We present a multiscale method for the determination of collective reaction coordinates for macromolecular dynamics based on two recently developed mathematical techniques: diffusion map and the determination of local intrinsic dimensionality of large datasets. Our method accounts for the local variation of molecular configuration space, and the resulting global coordinates are correlated with the time scales of the molecular motion. To illustrate the approach, we present results for two model systems: all-atom alanine dipeptide and coarse-grained src homology 3 protein domain. We provide clear physical interpretation for the emerging coordinates and use them to calculate transition rates. The technique is general enough to be applied to any system for which a Boltzmann-sampled set of molecular configurations is available.     

发光ZnSalen配合物在分子荧光成像中的应用进展

荧光分子探针的设计、合成以及应用是分子荧光成像领域重要的化学问题.本文从Znsalen配合物的基本性质出发,概述了Znsalen配合物结构与功能的关系,特别是其发光性质与分子结构及分子聚集状态的相关性及应用.针对Znsalen配合物的发光性质,展示了其应用于分子荧光成像和活细胞中分子事件监测的研究进展.这些最新研究表明,Znsalen配合物探针的细胞毒性低(利于活细胞成像)、发光效率高(适用于单、双光子成像)、发光可调(通过配体的修饰和分子聚集状态的调节),有望作为一类重要的发光金属荧光探针实现在分子荧光成像中的应用.