头孢西丁与金属β-内酰胺酶BcⅡ相互作用的光谱分析及分子动力学模拟

利用同步荧光光谱、三维荧光光谱及分子动力学模拟方法研究了β-内酰胺类抗生素头孢西丁(CFX)与金属β-内酰胺酶BcⅡ之间的相互作用机制.荧光光谱分析表明,CFX与BcⅡ在结合过程中可诱导BcⅡ构象发生改变.分子动力学模拟结果表明,上述构象变化是BcⅡ在CFX的诱导下通过改变其结合口袋附近Loop构象,使二者达到完美匹配的一个诱导契合过程,并最终形成一个洞穴状疏水口袋以利于CFX的结合及催化水解.     

精氨酸酶Ⅰ的手性选择性

本文运用分子对接和分子动力学模拟的方法,对精氨酸酶进行手性选择性研究。通过对精氨酸酶Ⅰ与L,D型精氨酸复合物结构的比较,发现精氨酸酶Ⅰ与L型精氨酸结合得更紧密,进一步的复合物分子动力学轨迹比较分析显示,精氨酸酶Ⅰ与L型精氨酸分子的复合物RMSD曲线的震荡较小,并且酶与底物的结合能也是L型的高于D型的复合物。总之,在精氨酸酶Ⅰ在催化精氨酸脱胍基的反应中,只选择L型精氨酸分子是基于酶的手性选择性,手性选择性是由酶的活性口袋的形状决定的。     

基于分子动力学模拟的VmoLac非特异性底物催化活性的理论研究

采用分子动力学模拟方法研究了VmoLac的非特异性底物催化活性, 模拟了VmoLac/3-oxo-C10-AHL, VmoLac/3-oxo-C6-AHL, VmoLac/γ-nonalacton和VmoLac/ethyl-paraoxon 4个复合物. 分析了分子动力学模拟过 程中不同底物结合引起VmoLac构象变化的主要原因. 结果表明, 3-oxo-C10-AHL和γ-nonalacton的结合会使VmoLac活性口袋附近的Loop8结构域运动明显, 利于底物结合在Loop8疏水通道外侧进而引起催化反应; VmoLac活性口袋周围的门控残基W264和Y230之间距离的变化会影响底物的结合; Y98与长链内酯、 壬内酯的羰基碳之间形成的进攻距离较小, 而与短链内酯的羰基碳以及对氧磷的磷原子之间形成的进攻距离较大, 短的距离更有利于发生亲核进攻反应; D257是引发VmoLac催化反应的关键残基; 当VmoLac催化3-oxo-C10-AHL和γ-nonalacton时, D257与极化水以及底物形成更多的氢键, 使底物与酶更容易结合. 从理论催化机制角度解释了VmoLac催化长链内酯(3-oxo-C10-AHL)比短链内酯(3-oxo-C6-AHL)的能力强, 催化壬内酯(γ-nonalacton)比对氧磷(ethyl-paraoxon)能力强的原因, 为实验结果提供了理论证明.     

分子动力学模拟研究康里新(Conessine)对MexB的抑制机理

通过分子动力学模拟结合自由能MM/PBSA方法,确定了康里新与MexB的结合位点与关键氨基酸.通过对康里新与内膜转运蛋白MexB的疏水作用和氢键的分析,发现康里新的结合口袋是一个"疏水陷阱",MexB中的"疏水陷阱"抑制了MexB蠕动外排作用.     

应用全内反射单分子荧光成像研究蛋白复合物亚基组成

细胞的生化过程大都是由蛋白复合物完成的,研究蛋白复合物亚基的组成对于了解蛋白质的结构和生物学功能具有重要的意义,然而如何准确确定蛋白复合物中蛋白质亚基的数量（stoichiometry）仍然是一个挑战.近年来,活细胞体系单分子荧光成像技术的不断发展为原位实时动态地研究蛋白质的结构和性质提供了新的手段.本文主要介绍了应用活细胞全内反射单分子荧光成像技术表征细胞膜区蛋白复合物组成的3种方法,包括单分子漂白步数分析、荧光强度统计分布以及蛋白运动分析,并结合其基本原理介绍了这几种方法在活细胞体系膜蛋白研究中的应用.     

计算机模拟三氯生对FabI活性口袋及Loop区的调控机制

应用分子动力学模拟、蛋白质二级结构定义(DSSP)和口袋体积测量(POVME)计算方法分别研究了FabI(烯脂酰-ACP还原酶)-NAD+(氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)二元复合物和FabI-NAD+-TCL(三氯生)三元复合物体系中活性口袋loop区构象、loop区二级结构、活性口袋体积以及底物(酰基不饱和链)通道随模拟时间的变化规律.研究表明,在FabI-NAD+-TCL三元复合物中,三氯生限制了活性口袋及底物通道的变化,活性口袋loop区呈现为规则、闭合的稳定构象,位于活性口袋正前方,常伴有螺旋二级结构的形成,从而使活性口袋体积变化较小、分布比较集中,底物通道较窄或处于关闭状态.而在FabI-NAD+二元复合物中,活性口袋loop区以无规则、开启的柔性构象存在,活性口袋体积变化较大,分布比较分散,底物通道明显较宽且不稳定.可见,三氯生能诱导FabI活性口袋及loop区的构象变化,使活性口袋构成了紧密的统一体、封闭了底物通道,从而阻碍了酰基不饱和链通过底物通道进入蛋白酶的催化中心,中断了该酶催化的还原反应和细菌脂肪酸合成循环.上述发现对深入认识三氯生的抗菌作用机制及相关药物的改良与设计具有重要的指导意义.     

青海弧菌荧光素酶蛋白三维结构的分子模拟研究

基于荧光素酶催化发光的生物发光技术在化学、生命与环境科学等领域得到广泛应用. 部分萤火虫和发光细菌的荧光素酶晶体三维结构已经解析出来. 青海弧菌(Vibrio qinghaiensis sp.-Q67, 简称Q67)是从青海湖青海裸鲤中提取的一种新型淡水发光细菌, 已用于化学品的生物检测及毒性评价. 然而, 其催化发光过程中最重要的荧光素酶三维结构尚未解析, 阻碍了化学品对Q67产生毒性的机理研究进程. 本工作通过异源二聚体同源建模与分子动力学模拟方法构建了Q67荧光素酶的三维结构. 研究结果表明, Q67荧光素酶蛋白有α和β两个多肽亚基, 范德华力是维持α/β稳定结构的主要作用力, 而α/β亚基携带的净电荷产生的静电相互作用不利于体系稳定. 缔合的专一性则由α/β亚基接触面上的极性基团之间的氢键实现. 底物黄素单核苷酸与Q67荧光素酶的结合位点在α亚基活性口袋中, β亚基有利于保持α亚基活性口袋的稳定性.     

紫杉醚与αβ微管蛋白的分子对接

采用Insight II/Affinity对紫杉醚与αβ微管蛋白进行分子对接, 共得到10个对接构象. 应用密度泛函B3LYP/6-31G 方法计算对接口袋构象的结合能, 筛选出结合能达-190.53 kJ·mol-1的最优对接构象5. 通过构象分析建立紫杉醚与受体结合的作用模型, 结果表明, 在活性口袋的底部紫杉醚与受体间的作用主要是疏水作用, 而在活性口袋的顶部两者间主要是氢键作用. 氢键作用位置可分为A和B两个作用区, 其中A区有3个氢键, 由C13侧链分别与受体的ASP26和ARG369作用形成; B区也有3个氢键, 是由紫杉醚母环上的极性基团分别与受体的THR276、ARG278和GLN282作用产生的. 紫杉醚与αβ微管蛋白间形成的6个氢键可以有效地将紫杉醚固定在活性口袋中.     

SARS冠状病毒3CL蛋白酶及其抑制剂的理论研究

应用AutoDock程序将SARS冠状病毒3CL蛋白酶及其抑制剂配体和受体进行了对接,并用InsightⅡ中的Discover 3模块进行了分子动力学模拟,分析了蛋白酶活性口袋的形状,讨论了其亚基的氢键、静电、疏水等相互作用,为进一步设计药物提供了重要的参考信息.     

计算机模拟三氯生对FabI活性口袋及Loop区的调控机制

应用分子动力学模拟、蛋白质二级结构定义(DSSP)和口袋体积测量(POVME)计算方法分别研究了FabI (烯脂酰-ACP还原酶)-NAD⁺(氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)二元复合物和FabI-NAD⁺-TCL(三氯生)三元复合物体系中活性口袋loop 区构象、loop 区二级结构、活性口袋体积以及底物(酰基不饱和链)通道随模拟时间的变化规律. 研究表明,在FabI-NAD⁺-TCL三元复合物中,三氯生限制了活性口袋及底物通道的变化,活性口袋loop 区呈现为规则、闭合的稳定构象,位于活性口袋正前方,常伴有螺旋二级结构的形成,从而使活性口袋体积变化较小、分布比较集中,底物通道较窄或处于关闭状态. 而在FabI-NAD⁺二元复合物中,活性口袋loop 区以无规则、开启的柔性构象存在,活性口袋体积变化较大,分布比较分散,底物通道明显较宽且不稳定. 可见,三氯生能诱导FabI 活性口袋及loop 区的构象变化,使活性口袋构成了紧密的统一体、封闭了底物通道,从而阻碍了酰基不饱和链通过底物通道进入蛋白酶的催化中心,中断了该酶催化的还原反应和细菌脂肪酸合成循环. 上述发现对深入认识三氯生的抗菌作用机制及相关药物的改良与设计具有重要的指导意义.     

New approach for representation of molecular surface

A new algorithm is proposed for approximation to the molecular surface. It starts with a triangular mesh built on an ellipsoid embracing the whole molecular surface. The triangular mesh is obtained from an icosahedron subdivision sphere with highly uniform vertex distribution, and the embracing surface is deflated stepwise to the best adherence of its triangles onto the surface of the molecule. The deflating direction of each vertex of a triangle is defined by the vector normal at this point to the previous deflated embracing surface. Our results show that the speed of the triangulation embracing ellipsoid method and the quality of the surface obtained by the method are faster and better than the method that starts with a quadrilateral mesh built from meridian and parallel representations on an embracing sphere to get the molecular surface. Furthermore, the surface obtained by the method can be used directly to approximate the molecular surface by spherical harmonic expansions. © 1998 John Wiley & Sons, Inc. J Comput Chem 19: 1805–1815, 1998     

分子逻辑器件研究进展

分子器件具有尺寸小、设计合成可控、存储量大、反应速度快、人工智能等诸多优点,是当今化学、物理和材料等领域研究最为重要的一个交叉领域.综述了近些年来分子逻辑器件领域的研究进展.介绍了各种类型的分子逻辑门、半(加)减法器、分子逻辑线路以及DNA分子和固态分子计算.最后提出了分子器件存在的问题并展望了其应用前景.     

分子陀螺的设计、合成与组装

近来,科学家设计和合成了系列分子水平的陀螺。类似于儿童的玩具陀螺仪,这种分子陀螺由一个转子、一个定子框架和连接定子和转子的轴组成。定子框架通过自身的刚性结构为中心转子的转动提供足够的内在自由度,得以对内部的转子实施保护。并使得分子陀螺成为一个理想的分子转子。当转子上有偶极距时,则可能在外来电、磁、光的刺激下进行定向转动,成为分子马达。化学家们通过X射线晶体衍射技术、动态核磁技术、理论计算化学、热力学分析等方法表征了分子陀螺的各种特征,并积极探索其潜在的应用价值。本文着重介绍分子陀螺,以及超分子陀螺仪的发展历史以及研究进展。     

Method for Smoothing the Boundaries of the Van Der Waals Models of Molecules

A geometrical method is suggested for representing a molecule by a smoothed region. The effective volume and surface area are calculated, which results in more adequate proportionality of interactant molecules compared to the classical van der Waals models.     

模板剂在分子筛合成过程中的作用机理

启用分子模拟途径,通过Lennard-Jones势对模板剂分子与分子筛骨架间非成键作用的能学分析,论证n=5、6的双季铵盐［(CH₃)₃N(CH₂)_nN(CH₃)₃］Br₂在ZSM-50分子筛骨架合成过程中所起的模板作用。     

分子力学和分子动力学方法研究不同变质程度烟煤的分子结构

采用分子力学和分子动力学模拟方法 ,研究了不同变质程度烟煤的三维分子构型和能量参数。结果表明 :随变质程度的增加 ,煤分子内平行的芳香片层结构增大。不同变质程度烟煤分子在团聚前后的成键相互作用能仅略有变化 ,其中扭转能Et 的变化相对较为显著 ,并且扭转能随煤阶的增加呈逐渐减小的趋势。非成键作用能 ,特别是超过三个原子的范德华作用能 ,是煤中的重要相互作用能 ,是模型分子团聚的重要驱动力 ,对于烟煤分子聚集状态的形成起着决定性的作用。同时随煤阶的升高 ,超过三个原子的范德华作用能逐渐增加。模型分子的总势能随煤阶的变化呈两头高、中间低的趋势 ,与煤的一些宏观物理性质有一定的相一致性。     

杯芳烃-卟啉化合物的合成及性质

杯芳烃和卟啉通过共价键连结或者分子间作用力聚集形成的杯芳烃-卟啉化合物在分子识别、分子催化、分子自组装等方面有潜在的用途. 本工作综述了杯芳烃-卟啉化合物的合成及性质.