β淀粉样蛋白结合乙酰胆碱受体的结构动力学及抑制剂的虚拟筛选探究（英文）

本文开展分子对接和分子动力学模拟,探究β淀粉样蛋白多肽和α7-nAChR(α7-烟碱乙酰胆碱受体)形成的复合物的结构动力学特征,并揭示了配体和受体之间存在的分子间相互作用.研究结果表明,Aβ_(25-35)通过氢键和形状互补与α7-nAChR结合,并且在离子通道中容易发生自聚集,从而阻断离子通道并诱导神经元凋亡.计算得到Aβ_(25-35)的酰胺-I带位于1650.5 cm~(-1),表明Aβ_(25-35)骨架构象倾向于呈现无规则卷曲,这与聚类分析得到的结果一致.本文同时将目前现有的药物作为虚拟筛选的模板,设计了8种新药用于抑制β淀粉样蛋白多肽与α7-nAChR结合.半柔性对接结果表明,新药与α7-nAChR之间存在强相互作用,能有效抑制离子通道中Aβ_(25-35)片段的聚集,具有缓解乃至治疗阿尔茨海默病的巨大潜力.     

β淀粉样蛋白结合乙酰胆碱受体的结构动力学及抑制剂的虚拟筛选探究

本文开展分子对接和分子动力学模拟,探究β淀粉样蛋白多肽和α7-nAChR(α7-烟碱乙酰胆碱受体)形成的复合物的结构动力学特征,并揭示了配体和受体之间存在的分子间相互作用. 研究结果表明,Aβ_25-35通过氢键和形状互补与α7-nAChR结合,并且在离子通道中容易发生自聚集,从而阻断离子通道并诱导神经元凋亡. 计算得到Aβ_25-35的酰胺-I带位于1650.5 cm^-1,表明Aβ_25-35骨架构象倾向于呈现无规则卷曲,这与聚类分析得到的结果一致. 本文同时将目前现有的药物作为虚拟筛选的模板,设计了8种新药用于抑制β淀粉样蛋白多肽与$α7-nAChR结合. 半柔性对接结果表明,新药与α-nAChR之间存在强相互作用,能有效抑制离子通道中Aβ_25-35片段的聚集,具有缓解乃至治疗阿尔茨海默病的巨大潜力.     

溶液中石墨烯界面上Aβ(37-42)振动光谱研究

开展分子动力学模拟,探究溶液中石墨烯界面上Aβ(37-42)片段的动态结构及其表现的振动光谱特征。借助Aβ骨架上酰胺-A带吸收光谱表征其结构变化,为探究石墨烯对Aβ折叠机制的影响提供有力的理论支持。     

β-叠氮基丙氨酸二肽振动光谱研究

开展分子动力学模拟,探索了β-叠氮基丙氨酸二肽(β-azidoalanine dipeptide,AAD)在重水中的全原子运动轨迹。将溶剂所产生的静电作用与叠氮基在气/液相中振动频率的频移值相关联,拟合并建立叠氮基振动频率图,实现了溶液相中叠氮基振动频率的快速预测,从而借助叠氮基探针振动光谱实现对多肽分子动态结构的实时监测。     

多光谱和分子模拟技术研究全氟十二酸与人血清白蛋白的相互作用（英文）

全氟十二酸(PFDoA)是8~12个碳链的全氟烷酸(PFAAs)中毒性最强的新型环境污染物。已有大量研究表明PFAAs在环境中广泛积累,但对PFDoA与HSA的相互作用还处于起步阶段。本研究力争在模拟生理条件下,采用荧光猝灭法、分子模拟技术和圆二色谱确定HSA与PFDoA的相互作用机理。研究结果表明,PFDoA对HSA的猝灭是动态猝灭与形成PFDoA-HSA基态复合物引起的猝灭共同作用的结果。计算得到的结合距离(r=3.65 nm)表明,PFDoA(受体)与HSA(供体)之间的相互作用发生了非辐射能量转移。取代反应结果表明,PFDoA键合在HSA的siteⅠ位点上。分子对接进一步研究了PFDoA与HSA作用的详细结合情况,表明PFDoA通过多种作用力结合在HSA的亚域IIA内,例如,PFDoA上的O 1原子主要通过极性键与HSA上的Arg 257和Ser 287残基结合。计算得到的最优对接能量为825.87 kJ·mol~(-1),表明PFDoA对HSA有较大的结合亲和力。同步荧光光谱和三维荧光光谱研究了PFDoA对HSA构象的影响,结果显示,与PFDoA结合后,色氨酸的微环境疏水性增加,HSA的构象也发生改变。PFDoA与HSA作用前后圆二色谱二级结构的定量分析结果表明,PFDoA-HSA复合物的形成使螺旋稳定性降低。该研究结-果为全氟烷酸与HSA的动力学研究提供了理论依据和可靠数据,并揭示了生物大分子与配体相互作用的化学本质。     

多光谱和分子模拟技术研究全氟十二酸与人血清白蛋白的相互作用

全氟十二酸(PFDoA)是8～12个碳链的全氟烷酸(PFAAs)中毒性最强的新型环境污染物。已有大量研究表明PFAAs在环境中广泛积累,但对PFDoA与HSA的相互作用还处于起步阶段。本研究力争在模拟生理条件下,采用荧光猝灭法、分子模拟技术和圆二色谱确定HSA与PFDoA的相互作用机理。研究结果表明,PFDoA对HSA的猝灭是动态猝灭与形成PFDoA-HSA基态复合物引起的猝灭共同作用的结果。计算得到的结合距离(r=3.65 nm)表明,PFDoA(受体)与HSA(供体)之间的相互作用发生了非辐射能量转移。取代反应结果表明,PFDoA键合在HSA的site Ⅰ位点上。分子对接进一步研究了PFDoA与HSA作用的详细结合情况,表明PFDoA通过多种作用力结合在HSA的亚域IIA内,例如,PFDoA上的O 1原子主要通过极性键与HSA上的Arg 257和Ser 287残基结合。计算得到的最优对接能量为-25.87 kJ·mol-1,表明PFDoA对HSA有较大的结合亲和力。同步荧光光谱和三维荧光光谱研究了PFDoA对HSA构象的影响,结果显示,与PFDoA结合后,色氨酸的微环境疏水性增加,HSA的构象也发生改变。PFDoA与HSA作用前后圆二色谱二级结构的定量分析结果表明,PFDoA-HSA复合物的形成使螺旋稳定性降低。该研究结果为全氟烷酸与HSA的动力学研究提供了理论依据和可靠数据,并揭示了生物大分子与配体相互作用的化学本质。     

荧光素酶nanoKAZ与发光底物的分子对接及对接复合体的全原子动力学模拟

nanoKAZ是一种体量小且底物专一性低的新型荧光素酶,具有高潜在应用价值,然而nanoKAZ与底物的作用方式未见报道。这里使用分子对接技术构建了nanoKAZ与底物coelenterazine结合后形成的复合体构象,使用软件GROMACS对该复合体进行常温水溶液态的全原子动力学模拟并综合模拟过程中的酶主链运动特性,酶与底物间结合自由能变化与形成氢键情况分析nanoKAZ与底物作用方式。结果显示coelenterazine进入nanoKAZ空腔后借由与β桶区域内7个氨基酸残基产生强结合能并与其中Q12形成氢键以稳定分子朝向,同时coelentazine还促使催化腔口区域片段V27-V38（V27与coelenterazine形成氢键）和片段P61-H87在空间上彼此靠近从而关闭催化腔,稳定疏水的底物分子以促进催化反应发生。以上结果阐明了底物与nanoKAZ活性腔的结合方式,提出了nanoKAZ-底物反应中间体的构象,为nanoKAZ的理性改造提供了理论基础。     

光谱法及分子对接技术研究黄体酮与牛血清白蛋白的结合机制

黄体酮(Progesterone,PROG)是临床用于治疗先兆流产的常用药物之一,但其在生物体内的运输机制尚不明确。本文整合荧光光谱、红外光谱及分子对接等实验技术研究了PROG和牛血清白蛋白(BSA)之间的相互作用机制。光谱学实验结果表明,PROG在BSA的结合位点Ⅰ处与其结合,从而引起BSA的内源荧光猝灭,猝灭机制为静态猝灭和非辐射能量转移,两者之间的结合距离为1.63 nm。在人体正常体温条件下,两者的结合常数为1.423×10~4 L·mol~(-1)。根据热力学公式计算得到两者结合过程中ΔH=-65.31 kJ·mol~(-1)和ΔS=-131.63 J·mol~(-1)·K~(-1),说明PROG和BSA之间的主要作用力为氢键和范德华力。红外光谱研究结果表明,PROG能使BSA构象发生改变,其中α-螺旋结构和β-片层结构含量下降,β-折叠结构含量上升。分子对接结果表明,PROG与Trp214之间的相互作用是引起BSA荧光猝灭的主要原因,且PROG与Lys195残基之间存在的氢键有利于PROG-BSA复合物的稳定。分子对接结果与光谱实验结果相互印证,为揭示PROG在人体运输储藏过程提供了数据支撑。     

p-HPcZn与肌红蛋白结合性能的研究

利用荧光光谱和同步荧光光谱技术研究了在模拟人体生理条件下β-四(羧基苯氧基)锌酞菁（p-HPcZn）与肌红蛋白的相互作用。p-HPcZn能够显著地猝灭肌红蛋白的荧光,说明两者之间存在着很强的相互作用。变温荧光光谱实验的结果确证该作用可以导致p-HPcZn分子和肌红蛋白分子之间形成复合物,使得p-HPcZn可以通过静态猝灭有效地猝灭了肌红蛋白的荧光。通过对荧光光谱的数据进行处理得知,p-HPcZn分子和肌红蛋白分子形成复合物的结合常数为2.481×105,结合位点n为0.444。另外,p-HPcZn和肌红蛋白之间发生的相互作用还使肌红蛋白分子的构象发生改变。     

聚β-乙烯基萘与1,4-二氰基苯形成的三分子激基复合物

本文旨在研究聚β-乙烯基萘链内激发态缔合物与基态受体分子1,4-二氰基苯相互作用后,形成三分子激基复合物的机理,用稳态和时间分辨荧光光谱技术证明了分子间的三分子激基复合物形成机理:测定了分子内激基缔合物的形成速度; 三分子激基复合物的形成速度常数,详细讨论了由激发态激基缔合物形成分子间三分子激基复合物的处理模型。     

多光谱法和分子模拟技术研究氟罗沙星与人血清白蛋白的相互作用

氟罗沙星(FLRX) 是一种含氟喹诺酮类抗菌素,有关它对人血清白蛋白(HSA)的影响及作用机理,特别是对HSA二级结构的影响及内滤光(影响荧光数据的准确性)校正的研究报道较少。采用多光谱法和分子模拟技术探究了FLRX 与HSA的相互作用。荧光光谱结果表明,FLRX对HSA的猝灭是由于形成结合常数在105 L·mol-1水平上的1∶1 FLRX-HSA基态复合物引起的静态猝灭作用。由Van’t Hoff方程确定的FLRX与HSA结合过程中的ΔH=-107.99 kJ·mol-1和ΔS=-240.99 J·mol-1·K-1,表明FLRX与HSA之间的主要作用力是氢键和范德华力。同步荧光光谱、红外光谱和三维荧光光谱结果表明,静态猝灭过程所产生的中间复合物使HSA的构象发生改变。通过对HSA与FLRX作用前后红外光谱酰胺Ⅰ带进行傅里叶去卷积和分峰拟合,获得代表HSA二级结构的不同子峰,对各子峰进行二级结构归属,根据各子峰的积分面积计算出各二级结构的相对百分含量。结果表明：FLRX与HSA结合后,α-螺旋从51.5%减小到33.2%,β-折叠从30.3%减小到20.7%,β-转角从15.6%增加到33.6%。取代实验显示FLRX与HSA的结合位点在HSA的site Ⅰ(亚域ⅡA)。分子对接实验结果表明,FLRX可以通过氢键、疏水作用和范德华力等多种作用力很好的结合在亚域ⅡA的疏水腔中。实验获得的可信数据将有助于阐明FLRX与HSA的作用机制,也有助于理解FLRX在储运过程中对蛋白质功能的影响。     

用分子对接方法预测HIV-1整合酶与金精三羧酸抑制剂的相互作用

用分子对接方法 (Docking)研究了HIV 1整合酶与其抑制剂金精三羧酸的结合过程 .为弄清金属离子在结合中所起的作用 ,选择含有一个Mg+ 2 或不含Mg+ 2 的两种不同的整合酶受体分别与金精三羧酸对接 .结果表明 ,Mg+ 2 对稳定配体与受体的结合起了重要作用 .金精三羧酸配体与含有一个金属Mg+ 2 的整合酶受体对接 ,最优结合自由能为 - 4 5 .19kJ/mol.当Mg+ 2 失去后 ,整合酶的活性中心构象将发生变化 ,使金精三羧酸抑制剂与整合酶的结合自由能 (- 2 4 .35kJ/mol)明显增加 .预测了未知的HIV 1整合酶与其抑制剂金精三羧酸的复合物结构 ,并可对基于结构的抗HIV 1整合酶的药物设计提供重要信息     

生物软物质研究的新进展

文章对近年来中科院物理研究所软物质物理实验室生物软物质研究的部分新进展做一简略介绍,包括DNA单分子研究,DNA与组蛋白的相互作用动力学研究,生物分子马达的运动机制研究,解旋酶与DNA的结合以及解旋DNA的动力学研究,朊病毒片段聚集的分子动力学研究,蛋白质折叠动力学的脉冲升温-时间分辨光谱研究,光合细菌外周捕光天线膜蛋白的拓扑结构研究等.     

与金精三羧酸抑制剂的相互作用

用分子对接方法(Docking)研究了HIV-1整合酶与其抑制剂金精三羧酸的结合过程．为弄清金属离子在结合中所起的作用，选择含有一个Mg+2或不含Mg+2的两种不同的整合酶受体分别与金精三羧酸对接．结果表明，Mg+2对稳定配体与受体的结合起了重要作用．金精三羧酸配体与含有一个金属Mg+2的整合酶受体对接，最优结合自由能为-45．19kJ／mol.当Mg+2失去后，整合酶的活性中心构象将发生变化，使金精三羧酸抑制剂与整合酶的结合自由能(-24．35kJ／mol)明显增加．预测了未知的HIV-1整合酶与其抑制剂金精三羧酸的复合物结构，并可对基于结构的抗HIV-1整合酶的药物设计提供重要信息．     

多肽和蛋白质酰胺-I带振动频率图的温度依赖性

利用高温分子动力学模拟和红外光谱实验手段,研究了一个基于分子力学力场的酰胺-I带振动频率图的温度依赖性. 结果表明,基于298 K所建立的频率图可以应用上至500 K的分子动力学轨迹,所模拟的红外光谱能够很好地重复88 oC时的实验光谱. 另外还模拟了两个含有天然和非天然氨基酸残基的三肽分子的红外光谱,与实验结果相比得到了较好的符合. 结果表明,所建立的频率图能够用于获得多肽体系在不同温度下的酰胺-I带局域模振动频率及其分布,有助于深入认识多肽的热去折叠物种的红外光谱特征.     

二维NOESY核磁共振波谱结合全原子分子动力学模拟研究肌肽在水溶液中的构象变化

采用二维NOESY核磁共振波谱结合全原子分子动力学模拟研究了肌肽在水溶液中的构象变化和相互作用. 以分子内距离、回转半径、RMSD以及溶剂可接触表面积等性质进行表征. 分子动力学模拟显示肌肽分子在水溶液中表现出了较高的柔性,其构象在伸展、折叠之间互相转换,大部分情况下是以伸展的构象为主导的,而折叠构象较少. 二维NOESY核磁共振实验证实了模拟的结果,实验与理论得到很好的吻合.     

光谱法和分子对接模拟技术研究左氧氟沙星与人血清白蛋白的相互作用

左氧氟沙星(LVFX)是临床上普遍使用的一种抗生素,对革兰氏阳性菌及革兰氏阴性菌引起的各种感染都有一定的作用。人血清白蛋白(HSA)是血液循环系统中最丰富的运输蛋白,能与多种内源及外源性物质结合,起着储存和转运的作用。因此详细研究LVFX与HSA间的相互作用对了解LVFX的药代动力学行为具有重要意义。运用光谱法和分子对接模拟技术研究左氧氟沙星和人血清白蛋白的相互作用。结果表明,LVFX对HSA的荧光淬灭作用为形成复合物导致的静态猝灭,结合常数为9.44×104 L·mol-1 (294 K)和2.72×104 L·mol-1 (310 K),结合位点数均为1,两者间的主要作用力为氢键和范德华力。取代实验表明,LVFX在HSA的Site Ⅰ,ⅡA 子域上有一个结合位点。根据Frster理论得到的LVFX和色氨酸(Trp)残基间的结合距离为3.66 nm,这一结果与分子对接模拟技术得到的结果相一致。紫外差谱,三维荧光光谱和红外光谱都进一步表明LVFX能够改变HSA的结构。采用傅里叶变换红外光谱法对LVFX与HSA作用前后HSA二级结构的变化进行了定量分析,结果表明,当加入LVFX后HSA的α-螺旋结构有所降低,β-折叠结构、β-转角结构和无规则卷曲有所上升,说明LVFX能使HSA的二级结构变得松散。     

N-乙基丙酰胺在高浓度盐溶液中的超快二维红外光谱

β-多肽是由β-氨基酸组成的一类非天然多肽,具有丰富的二级结构。N-乙基丙酰胺(NEPA)是研究β-多肽骨架结构动力学的重要模型分子。解析NEPA在不同溶液环境下的超快结构变化,对研究β-多肽在不同条件下的结构分布及动态结构变化过程有着重要意义。我们选取酰胺-Ⅰ带为探针,利用傅里叶变换红外(FTIR)光谱和超快二维红外(2DIR)光谱手段,研究了NEPA分别与高浓度(4.5mol·L~(-1))下的CaCl_2和MgCl_2之间的作用机制。本研究旨在阐明离子与NEPA酰胺单元的相互作用,为解释β-多肽在复杂溶液环境中的结构动力学提供实验依据。     

多光谱法和分子模拟技术研究氟罗沙星与人血清白蛋白的相互作用（英文）

氟罗沙星(FLRX)是一种含氟喹诺酮类抗菌素,有关它对人血清白蛋白(HSA)的影响及作用机理,特别是对HSA二级结构的影响及内滤光(影响荧光数据的准确性)校正的研究报道较少。采用多光谱法和分子模拟技术探究了FLRX与HSA的相互作用。荧光光谱结果表明,FLRX对HSA的猝灭是由于形成结合常数在105 L·mol~(-1)水平上的1∶1FLRX-HSA基态复合物引起的静态猝灭作用。由Van’t Hoff方程确定的FLRX与HSA结合过程中的ΔH=-107.99kJ·mol~(-1)和ΔS=-240.99J·mol~(-1)·K~(-1),表明FLRX与HSA之间的主要作用力是氢键和范德华力。同步荧光光谱、红外光谱和三维荧光光谱结果表明,静态猝灭过程所产生的中间复合物使HSA的构象发生改变。通过对HSA与FLRX作用前后红外光谱酰胺Ⅰ带进行傅里叶去卷积和分峰拟合,获得代表HSA二级结构的不同子峰,对各子峰进行二级结构归属,根据各子峰的积分面积计算出各二级结构的相对百分含量。结果表明:FLRX与HSA结合后,α-螺旋从51.5%减小到33.2%,β-折叠从30.3%减小到20.7%,β-转角从15.6%增加到33.6%。取代实验显示FLRX与HSA的结合位点在HSA的siteⅠ(亚域ⅡA)。分子对接实验结果表明,FLRX可以通过氢键、疏水作用和范德华力等多种作用力很好的结合在亚域ⅡA的疏水腔中。实验获得的可信数据将有助于阐明FLRX与HSA的作用机制,也有助于理解FLRX在储运过程中对蛋白质功能的影响。     

光谱法联合分子对接和等温滴定微量热法研究全氟壬酸与人血清白蛋白的相互作用

全氟壬酸(PFNA)是在血清中检测到第三多的全氟烷酸类(PFAAs)新型有毒环境污染物。目前PFNA对人血清白蛋白(HSA)结构甚至是功能的影响还处于起步阶段,借助于多光谱、分子对接和等温滴定微量热(ITC)技术研究了PFNA和HSA相互作用的结合机理。所有荧光数据均进行了内滤光校正以获得更准确的结合参数。荧光结果表明PFNA通过动静态猝灭方式可以猝灭HSA的内源荧光。取代实验和分子对接结果表明,PFNA主要通过极性键、疏水力和卤素键键合在HSA亚域ⅡA疏水腔中,最佳对接自由能为-26.54 kJ·mol-1,表明PFNA分子与HSA有较大的结合亲和力。ITC表明两者的结合属于两类结合位点模型并给出了相应的热力学参数：第一类结合位点有较大的亲和力,属于焓驱动,静电力和卤键作为主要驱动力;第二类结合位点亲和力较小,主要驱动力是疏水力。三维荧光光谱揭示PFNA与HSA生成复合物后,可以改变HSA的构象,引起Trp和Tyr残基微环境疏水性增强。圆二色谱(CD)定量测定了HSA与PFNA作用前后的二级结构含量：α-螺旋、β-折叠和β-转角含量分别降低14.3%,5.3%和3.5%,无规卷曲含量从14.4%增加到37.5%。以上结果表明,PFNA与HSA的结合可以改变HSA的二级结构,进而可能影响HSA的生理功能。结果阐述了PFNA与HSA相互作用机理,并且为PFNA在体内的运输和分配提供了可靠的生物物理和生物化学的相关依据。