葡萄糖激酶Y214C活性突变的理论研究

葡萄糖激酶(GK)催化葡萄糖转变为6-磷酸葡萄糖,这是糖代谢的第一步.正因为如此,GK活性异常在糖代谢紊乱的发生发展中起着重要作用.对青年型早发糖尿病(MODY2)和高胰岛素性低血糖症(PHHI)的深入研究证实GK活性改变与糖尿病的发生有关.为了研究GK活性改变的机理,利用分子动力学模拟和隐性溶剂的自由能计算对GK的单点突变Y214C(Tyr214→Cys)进行了理论研究.通过GK的Cα原子均方根浮动变化(RMSF)和动态相关性矩阵(DCCM)分析发现,Y214C突变导致处于活化状态的GK的构象更加稳定;通过包结自由能分析发现,Y214C突变可增加GK对葡萄糖的包结亲合性.相关研究结果有助于从原子水平理解Y214C活性突变的机制,并为糖尿病的治疗提供一定的理论参考.     

葡萄糖激酶M197V突变的活化机理研究

葡萄糖激酶(glucokinase, GK)催化葡萄糖转变为6-磷酸葡萄糖, 是糖代谢的第一步, 所以GK活性异常在糖代谢紊乱的发生发展中起着重要作用. 对青年型早发糖尿病(maturity-onset diabetes of the young 2, MODY 2)型和高胰岛素性低血糖症(persistent hyperinsulinemic hypoglycemia of infancy, PHHI)型的深入研究证实了GK活性改变与糖尿病的发生有关. 为了研究GK活性改变的机理, 通过分子动力学模拟和隐性溶剂的自由能的计算对GK的单点突变M197V (Met¹⁹⁷ →Val)进行了理论研究. 通过GK的C^α原子均方根浮动变化(Root mean square fluctuation, RMSF)和动态相关性矩阵(Dynamic cross-correlation matrices, DCCM)分析, 显示M197V突变导致GK在活化状态的构象更加稳定. 通过包结自由能分析, 表明M197V突变可以增加GK对葡萄糖的包结亲合性, 并且理论预测突变前后的相对包结自由能差值和已有的实验结果非常吻合. 研究结果很好地从原子水平解释了GK的M197V突变的活化机理.     

吡啶类葡萄糖激酶激动剂的三维定量构效关系分析

葡萄糖激酶GK是调节体内葡萄糖代谢和参与血糖动态平衡的主要靶点之一。本文针对46个具有GK激动剂活性的吡啶类衍生化合物进行构效关系研究,研究了其结构与活性的关系。基于分子共同骨架叠合用分子力场分析法(COMFA),比较分子相似指数法(COMSIA)两种经典三维定量构效关系(3D-QSAR)方法,建立相应模型,进行分子结构和抗糖尿病活性分析。COMFA模型的交叉验证系数q~2为0.613,相关系数r~2为0.989;COMSIA模型交叉验证系数q~2为0.621,相关系数r~2为0.982。数据证明两种模型都显示出较好的预测性,为设计新的活性更高的小分子激动剂提供了可靠信息。     

环状构象PEG改性表面及其优越的抗凝血性能

聚乙二醇(PEG)因其优异的抗蛋白质吸附能力成为抗凝血材料的首选.目前,多数研究都集中在PEG链长和接枝密度对蛋白质吸附的影响,鲜有关注PEG链构象影响的研究.本文利用硫金键在石英晶体微天平金片表面构建了两种不同分子量(MW=1000和MW=5000)的环状(SH-PEG-SH)和线型(m PEG-SH)构象的PEG改性表面,并研究了其抗纤维蛋白原吸附机理和抗凝血性能.X射线光电子能谱仪和原子力显微镜确定了不同表面的组成及其相结构.结果发现,环状构象的PEG表面相对于线型PEG构象能更加有效地抑制纤维蛋白原的吸附,同时具有更加优异的抗血小板和红细胞黏附性能.分析其蛋白质吸附机理发现,当PEG分子量较低时(MW=1000),其环状构象PEG表面抗纤维蛋白原吸附机理源于较高的表面覆盖率;当PEG分子量较高时(MW=5000),其抗纤维蛋白原吸附机理源于高黏弹性和高表面覆盖率共同作用的结果.本工作为构建抗凝血涂层提供了新的思路,并为制备高性能生物医用材料提供了理论基础.     

聚乙烯醇与葡激酶的相互作用及其对葡激酶二级结构的影响

在生理条件下, 使用凝胶过滤色谱、荧光光谱、差示扫描量热分析、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和葡激酶的纤溶活性分析研究了聚乙烯醇(PVA)和葡激酶的相互作用及其对葡激酶高级结构的影响. 凝胶过滤色谱研究结果表明, PVA与葡激酶之间形成了复合物; 荧光光谱和差示扫描量热分析结果提示, 葡激酶与PVA之间的相互作用没有破坏葡激酶的高级结构; 进一步使用红外光谱法结合可增强分辨率的傅里叶去卷积技术和高斯曲线拟合技术, 用于对葡激酶与PVA复合物冻干粉中葡激酶酰胺Ⅰ带的定量分析发现, 复合物冻干粉葡激酶分子中易导致蛋白质变性的分子间β-折叠组分含量明显减少. 纤溶活性分析结果进一步确认, PVA与葡激酶的相互作用未影响葡激酶的活性, 并对蛋白质的活性起保护作用.     

Criegee中间体RCHOO(R=H,CH_3)与NCO的反应机理

采用CCSD(T)/aug-cc-p VTZ//B3LYP/6-311+G(2df,2p)方法对Criegee中间体RCHOO(R=H,CH_3)与NCO反应的机理进行了研究,利用经典过渡态理论(TST)并结合Eckart校正模型计算了标题反应在298~500 K范围内优势通道的速率常数.结果表明,上述反应包含亲核加成、氧化和抽氢3类机理,其中每类又包括NCO中N和O分别进攻的两种形式.亲核加成反应中O端进攻为优势通道,氧化和抽氢反应则是N端进攻为优势通道;甲基取代使CH_3CHOO反应活性高于CH2OO;anti-CH_3CHOO的加成及氧化反应活性高于syn-CH_3CHOO,而抽氢反应则是syn-CH_3CHOO的活性高于anti-CH_3CHOO.anti-构象对总速率常数的贡献大于syn-构象,且总速率常数具有显著的负温度效应.     

基于分子对接和QSAR方法预测B-Raf II型抑制剂活性

B-Raf激酶在促分裂素原活化蛋白激酶(MAPK)信号转导通路中起着重要作用,已被确定为癌症治疗非常有吸引力的靶标.新型高效B-Raf抑制剂的开发成为癌症治疗的一个热门研究领域.本文以结构多样的B-Raf II型抑制剂为研究对象,联合应用分子对接和定量构效关系(QSAR)模型研究其定量构效关系去探讨抑制活性的起源.两个主题作为研究重点:生物活性构象和描述符.首先对分子对接方法(Glide、Gold、LigandFit、Cdocker和Libdock)进行准确性评价,后将研究的对象分子对接到B-Raf活性位点并获得生物活性构象.基于准确的对接结果,计算得到16个打分评价函数和21个能量描述符,以此构建定量构效关系模型. QSAR结果表明模型具有高度精确的拟合和强的预测能力(模型M1: r² = 0.852, r_(CV)² = 0.790, r_pre² = 0.864;模型M2: r² = 0.738, r_(CV)² = 0.812, r_pre² = 0.8605).同时探讨了对抑制活性有重要影响的描述符,结果表明打分评价函数(G_Score, -ECD, Dock_Score, PMF)与能量描述符(S(hb_ext), DE(int), Emodel)对抑制活性影响非常大.通过虚拟筛选和QSAR模型理论预测,一些新的具有潜在抑制活性的化合物作为B-Raf II型抑制剂被获得.上述信息对于进一步设计新颖高效的B-Raf II型抑制剂提供了有用的指导.     

铂钌团簇活化甲醇C―H和O―H键的理论研究

采用密度泛函理论研究了Pt_nRu_m (n+m=3, n≠0)团簇活化甲醇C―H和O―H键的反应活性和机理. 分别给出以O―H和C―H键活化为初始步骤的势能曲线. 计算结果表明反应是以C―H键的活化为初始步骤; 三种团簇与甲醇反应的活性顺序为Pt₂Ru>Pt₃>PtRu₂. 前线轨道分析表明Pt_nRu_m团簇活化初始的C―H和O―H键的活化过程是质子转移(PT). 此外还讨论了溶剂化对反应的影响. 本研究可为C―H键和O―H键的活化提供更深入的理解, 为甲醇活化反应催化剂选择以及其使用条件的优化提供新思路.     

中性团簇(CeO2)m(m=1~3)活化甲烷C—H的密度泛函理论计算

采用密度泛函理论(DFT)计算了CH₄在电中性(CeO₂)_m(m=1~3)团簇上的活化情况, 并对其机理进行了探讨. 计算结果表明, 甲烷C—H键在团簇上的活化为亲核加成模式, 电子由团簇流向甲烷C—H反键轨道, 使甲烷C—H键削弱而得以活化, 反应的过渡态为四中心结构. 团簇的桥氧位活化甲烷C—H键的活性大于端氧位, 而三重桥氧位的活性高于二重桥氧位. 团簇中作用位点Ce和O原子的电荷布居与其活化甲烷C—H的能力密切相关. 溶剂的存在不仅降低了甲烷C—H活化自由能垒, 而且使与甲烷作用的团簇各位点的活性差异缩小.     

N-(1-萘基)琥珀酰亚胺分子间相互作用的计算机模拟

对分子间相互作用比较复杂的N-(1-萘基)琥珀酰亚胺进行理论计算时, 提出了将溶液构建和随机构象搜索相结合的多分子相互作用体系构建方法, 可以简单而准确地得到二聚体和三聚体结构, 其中二聚体结构和采用分子对接方法得到的结果完全一致. 经密度泛函理论计算, 得到了在真空条件下二聚体结构的最低能量构象. 对较大体系的三聚体结构采用高精度分子力学进行了理论计算. 通过分子间相互作用对分子构象的影响讨论了溶液结晶过程中N-(1-萘基)琥珀酰亚胺分子构象变化, 为该化合物结晶机理的深入研究提供重要依据.     

Structural insight into the glucokinase-ligands interactions. Molecular docking study

Glucokinase (GK) plays a key role in the regulation of hepatic glucose metabolism. Inactivation of GK is associated with diabetes, and an increase of its activity is linked to hypoglycemia. Possibility to regulate the GK activity using small chemical compounds as allosteric activators induces the scientific interest to the study of the activation mechanism and to the development of new allosteric glucokinase activators.Interaction of glucokinase with ligands is the first step of the complicated mechanism of regulation of the GK functioning. In this paper, we study the interaction of GK with native (glucose) and synthetic (allosteric activators) ligands using molecular docking method. Calculations demonstrate the ability of molecular docking programs to accurately reproduce crystallized ligand poses and conformations and to calculate a free energy of binding with satisfactory accuracy. Correlation between the free energy of binding and the bioactivity of activators is discussed. These results provide a new insight into protein–ligand interactions and can be used for the engineering of new activators.     

Theoretical investigations on the interactions of glucokinase regulatory protein with fructose phosphates

Glucokinase (GK) plays a critical role in maintaining glucose homeostasis in the human liver and pancreas. In the liver, the activity of GK is modulated by the glucokinase regulatory protein (GKRP) which functions as a competitive inhibitor of glucose to bind to GK. Moreover, the inhibitory intensity of GKRP–GK is suppressed by fructose 1-phosphate (F1P), and reinforced by fructose 6-phosphate (F6P). Here, we employed a series of computational techniques to explore the interactions of fructose phosphates with GKRP. Calculation results reveal that F1P and F6P can bind to the same active site of GKRP with different binding modes, and electrostatic interaction provides a major driving force for the ligand binding. The presence of fructose phosphate severely influences the motions of protein and the conformational space, and the structural change of sugar phosphate influences its interactions with GKRP, leading to a large conformational rearrangement of loop2 in the SIS2 domain. In particular, the binding of F6P to GKRP facilitates the protruding loop2 contacting with GK to form the stable GK–GKRP complex. The conserved residues 179–184 of GKRP play a major role in the binding of phosphate group and maintaining the stability of GKRP. These results may provide deep insight into the regulatory mechanism of GKRP to the activity of GK.     

水飞蓟素与牛血清白蛋白相互作用的荧光光谱研究

采用同步荧光光谱技术研究了pH=7.40的Tris-HCl缓冲体系中水飞蓟素与牛血清白蛋白(BSA)的相互作用以及水飞蓟素对BSA构象的影响.结果表明,水飞蓟素对BSA的荧光猝灭过程为静态猝灭,结合热力学参数△rH∞=-45.21 kJ·mol-1,△rSm=-61.61 J·K-1·mol-1;据此可以推断,水飞蓟素...     

金属离子增稳的酶法终点法测定1,5-脱水葡糖醇

为建立金属离子增稳的酶法终点法测定1,5-脱水葡糖醇,通过葡萄糖激酶(GK)和葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PD)将样品中葡萄糖(Glu)转化为6-磷酸葡萄糖内酯(G6PL),1,5-AG经吡喃糖氧化酶(PROD)作用生成1,5-脱水果糖(1,5-AF)和H2O2,后者借Trinder’s系统显色定量。结果表明,该法线性范围0～250μmol/L,平均回收率为99.3%,批内变异系数(CV)和批间变异系数分别为0.009 8～0.027 7、0.016 2～0.036 8,与气相色谱-质谱法(GC-MS)比较具有良好的相关性,线性回归方程和相关系数分别为y=0.982 x+2.68,r=0.998 8。以金属离子为增稳剂的酶法终点法测定1,5-AG含量具有简便、灵敏、可靠的特点,适合实际推广应用。     

荧光光谱法研究橙皮甙与牛血清白蛋白的相互作用

在pH7.40的Tris-HCl 缓冲体系中,采用荧光光谱技术研究了橙皮甙与牛血清白蛋白(BSA)的相互作用.随着温度升高,橙皮甙与BSA 的猝灭常数逐渐增加.实验表明:橙皮甙对BSA的荧光猝灭为动态猝灭过程.由热力学参数焓变(△H=70.71 kJ/mol)大于零和熵变[△S=316.29J/(mol·K)]大于零,...     

Discovery and characterization of a cell-permeable, small-molecule c-Abl kinase activator that binds to the myristoyl binding site

c-Abl kinase activity is regulated by a unique mechanism involving the formation of an autoinhibited conformation in which the N-terminal myristoyl group binds intramolecularly to the myristoyl binding site on the kinase domain and induces the bending of the αI helix that creates a docking surface for the SH2 domain. Here, we report a small-molecule c-Abl activator, DPH, that displays potent enzymatic and cellular activity in stimulating c-Abl activation. Structural analyses indicate that DPH binds to the myristoyl binding site and prevents the formation of the bent conformation of the αI helix through steric hindrance, a mode of action distinct from the previously identified allosteric c-Abl inhibitor, GNF-2, that also binds to the myristoyl binding site. DPH represents the first cell-permeable, small-molecule tool compound for c-Abl activation.     

The use of docking-based comparative intermolecular contacts analysis to identify optimal docking conditions within glucokinase and to discover of new GK activators

Glucokinase (GK) is involved in normal glucose homeostasis and therefore it is a valid target for drug design and discovery efforts. GK activators (GKAs) have excellent potential as treatments of hyperglycemia and diabetes. The combined recent interest in GKAs, together with docking limitations and shortages of docking validation methods prompted us to use our new 3D-QSAR analysis, namely, docking-based comparative intermolecular contacts analysis (dbCICA), to validate docking configurations performed on a group of GKAs within GK binding site. dbCICA assesses the consistency of docking by assessing the correlation between ligands’ affinities and their contacts with binding site spots. Optimal dbCICA models were validated by receiver operating characteristic curve analysis and comparative molecular field analysis. dbCICA models were also converted into valid pharmacophores that were used as search queries to mine 3D structural databases for new GKAs. The search yielded several potent bioactivators that experimentally increased GK bioactivity up to 7.5-folds at 10 μM.     

二氧化铈纳米微粒过氧化物酶活性及其在葡萄糖检测中的应用

合成了一种稳定和水溶性的聚丙烯酸修饰CeO2 NPs,利用动态光散射(DLS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱(XPS)进行表征.结果表明,CeO2 NPs能够催化H2O2氧化3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB)发生显色反应,表现出过氧化物模拟酶催化活性.利用Raman和顺磁共振(EPR)光谱技术研究了其催化机理.基于CeO2 NPs催化TMB变色反应对H2O2浓度的依赖性和葡萄糖氧化酶能够催化溶解氧氧化葡萄糖产生H2O2的原理,构建了一种简单、灵敏、选择性高的测定血清中葡萄糖的检测方法.在优化条件下,测定葡萄糖的线性范围为0.5~10 mmol/L,检出限(3σ)为0.1 mmol/L.对1.0 mmol/L葡萄糖进行11次平行测定,其相对标准偏差为2.4%.该方法已成功用于血清样品中葡萄糖的测定.     

3-乙基苯并噻唑螺萘并噁嗪与牛血清白蛋白的相互作用

采用荧光光谱法和热力学方法研究了3-乙基苯并噻唑螺萘并噁嗪(EBSN)与牛血清白蛋白(BSA)的相互作用.结果表明,在pH为7.46的Tris-HCl及0.01mol·L-1的NaCl介质中,EBSN能强烈猝灭BSA的荧光,猝灭机理为形成复合物的静态猝灭.在298、306和313K时,两者的表观结合常数Kb分别为1.762 0×104,3.396 3×104和6.123 5×104 L·mol-1.与此同时,EBSN与BSA的结合反应是自发的,作用力主要为疏水作用力;BSA和EBSN的工作曲线分别为F0-F=2.439c-8.322和(F0-F)/F=0.061 89c+0.556 6,对BSA和EBSN的检出限分别为0.015mg·L-1和7.61×10-7 mol·L-1.