新型二氟甲基磷酸类酪氨酸蛋白磷酸酯酶1B抑制剂的分子动力学模拟和结合自由能计算（英文）

通过分子对接建立了一系列含二氟甲基磷酸基团（DFMP）或二氟甲基硫酸基团（DFMS）的抑制剂与酪氨酸蛋白磷酸酯酶1B（PTP1B）的相互作用模式,并通过1ns的分子动力学模拟和molecular mechanics/generalized Born surface area（MM/GBSA）方法计算了其结合自由能.计算获得的结合自由能排序和抑制剂与靶酶间结合能力排序一致;通过基于主方程的自由能计算方法,获得了抑制剂与靶酶残基间相互作用的信息,这些信息显示DFMP/DFMS基团的负电荷中心与PTP1B的221位精氨酸正电荷中心之间的静电相互作用强弱决定了此类抑制剂的活性,进一步的分析还显示位于DFMP/DFMS基团中的氟原子或其他具有适当原子半径的氢键供体原子会增进此类抑制剂与PTP1B活性位点的结合能力.     

新型二氟甲基磷酸类酪氨酸蛋白磷酸酯酶1B抑制剂的分子动力学模拟和结合自由能计算

通过分子对接建立了一系列含二氟甲基磷酸基团(DFMP)或二氟甲基硫酸基团(DFMS)的抑制剂与酪氨酸蛋白磷酸酯酶1B(PTP1B)的相互作用模式, 并通过1 ns的分子动力学模拟和molecular mechanics/generalized Born surface area (MM/GBSA)方法计算了其结合自由能. 计算获得的结合自由能排序和抑制剂与靶酶间结合能力排序一致; 通过基于主方程的自由能计算方法, 获得了抑制剂与靶酶残基间相互作用的信息, 这些信息显示DFMP/DFMS基团的负电荷中心与PTP1B的221位精氨酸正电荷中心之间的静电相互作用强弱决定了此类抑制剂的活性, 进一步的分析还显示位于DFMP/DFMS基团中的氟原子或其他具有适当原子半径的氢键供体原子会增进此类抑制剂与PTP1B活性位点的结合能力.     

应用MM/PBSA方法研究CDK2活性口袋内溶剂水分子对CDK2-配体结合自由能的影响

应用MM/PBSA方法研究了CDK2活性口袋内溶剂水分子对CDK2-配体结合自由能的影响. 结果表明, 活性口袋内溶剂水分子对CDK2-配体相互作用自由能有一定的贡献, 其贡献的大小随配体不同而有所差异, 导致这种差异的主要原因是活性位点内溶剂水分子与蛋白残基和配体之间形成了不同的氢键相互作用网络.     

CDK2-抑制剂结合自由能计算

细胞周期蛋白依赖性激酶Ⅱ(cyclin-dependent kinase 2,CDK2)是一种重要的治疗癌症的靶标.本文中采用分子动力学取样,运用MM-PBSA/GBSA两种方法计算了CDK2-NU6102复合物的绝对结合自由能.通过能量分解的方法考察了CDK2大分子主要残基与配体NU6102之间的相互作用和识别.     

基于虚拟筛选和分子动力学模拟发现新型ULK1抑制剂

Unc-51样自噬激活激酶1（unc-51-like autophagy activating kinase 1,ULK1）作为自噬启动的重要调控因子,是肿瘤治疗的关键靶点之一。首先,以已知ULK1抑制剂为基础构建药效团模型,通过药效团模型筛选、分子对接以及分子力学广义波恩表面积（Molecular Mechanics/Generalized Born Surface Area,MM/GBSA）结合自由能计算等方法,对含有52万多个类药性小分子的数据库进行虚拟筛选,得到具有较高理论亲和力的化合物。随后,50ns的分子动力学模拟验证了蛋白质-配体复合物结合的稳定性,最后10ns的平均结合自由能的计算研究进一步验证了配体的结合能力。结果表明,6个化合物（F5258-0159、F3407-0428、F0529-1100、F0696-3531、F3222-5280、F6525-5596）具有骨架新颖、分子对接分数和结合自由能数值优异及与ULK1的结合状态稳定等特点,可以作为新型潜在的ULK1抑制剂用于肿瘤治疗的研究,也为新型ULK1抑制剂的设计和研发提供新的研究思路。     

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.     

L-色氨酸与α/β-环糊精结合机理的计算研究

本研究通过分子动力学模拟详细探讨α/β-环糊精(α/β-CD)与L-色氨酸(L-Trp)在水溶液环境下的相互作用.通过利用MM/PBSA方法计算结合自由能,表明α/β-CD在水溶液中能够自发的与L-Trp络合,并且β-CD与L-Trp结合能力更强.通过观察α/β-CD与L-Trp的动态结合过程,并计算氢键数量,CD空腔...     

计算受体和配体结合自由能的新方法

利用ABEEMσπ浮动电荷力场与连续介质模型相结合的方法,计算了受体和配体的结合自由能.将结合自由能分解为真空中的力场作用项、溶剂化能量以及熵效应.由于ABEEMσπ/MM方法充分考虑了外界环境发生变化引起的体系中各个位点之间的电荷极化,因而极大地提高了结合自由能的计算精度.利用该方法计算的2个复合物的结合自由能与实验值的偏差均小于0.5kJ/mol.     

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。     

HIV-1整合酶与芳香二酮酸类抑制剂相互作用的分子模拟研究

用分子对接方法研究了一系列芳香二酮酸类抑制剂与HIV-1整合酶的识别及相互作用. 结果表明, 抑制剂结合到整合酶Asp64～Leu68, Thr115～Phe121, Gln148～Lys159和Mg2＋所构成的口袋区, 抑制机理与5CITEP相似. 采用分子动力学模拟和MM/PBSA方法计算了芳香二酮酸类抑制剂与整合酶之间的结合自由能, 计算结果与实验值相吻合, 平均绝对偏差为3.6 kJ/mol, 体系范德华相互作用和溶剂化效应的非极性项是利于形成复合物的主要因素. 相关性分析结果表明, 结合自由能值与疏水相互作用有较强的线性相关(R＝0.61), 基于此, 用多元线性回归方法给出了一个能较强预测芳香二酮酸类抑制剂与HIV-1整合酶的结合自由能预测模型, 为后续基于抑制剂结构的抗HIV-1药物分子设计提供指导.     

基于分子对接和自由能计算的高活性苯并噻唑类ROCK抑制剂的设计、合成和生物学评价

以3个已报道的苯并噻唑类Rho关联含卷曲螺旋蛋白激酶(ROCK)抑制剂(化合物1~3)为研究对象,经分子动力学模拟获得其在ROCK2蛋白结合口袋中的稳定结合构象,通过分子对接结果从氨基酸角度初步揭示了此类抑制剂的结构-活性关系(SAR);然后,对这3个抑制剂进行MM/GBSA结合自由能(ΔG_(bind))研究,结合自由能计算可知ΔG_(bind)与化合物活性之间具有良好的相关性,且范德华作用能(ΔG_(VDW))对ΔG_(bind)的贡献最大.通过自由能分解获得了对于高活性抑制剂具有重要影响的关键残基.最后,根据分子对接和自由能研究结果设计并合成了3类新型苯并噻唑类似物(D1~D10).生物学评价结果表明,这10个化合物分别具有11~288 nmol/L(ROCK1)和2~105 nmol/L(ROCK2)的抑制活性.其中,化合物D3~D5在人肝微粒体代谢研究中展现出比已报道化合物更高的代谢稳定性.本研究不仅为高活性ROCK抑制剂的设计提供了理论指导,也为ROCK的应用研究提供了一系列结构新颖的高活性抑制剂.     

应用ABEEMσπ/MM模型对重组人纤溶酶原Kringle 1结构域与配体分子的对接计算

应用原子-键电负性均衡方法的浮动电荷分子力场(ABEEMσπ/MM),对重组人纤溶酶原Kringle1结构域(K1Pg)与配体ε-Aminocaproic acid(EACA),trans-4-(Aminomethyl)cyclohexane-1-carboxylic acid(AMCHA),L-Lysine(Lys),7-Aminoheptanoic acid(7-AHA)和Benzylamine进行了半柔性对接计算.用ABEEMσπ/MM模型优化得到的复合物K1Pg/EACA和K1Pg/AMCHA的结构很接近实验晶体结构.此外通过对5种配体与K1Pg结合能的计算,得出5种配体与K1Pg结合能的大小顺序为AMCHAEACA7-AHALysBenzy-lamine,与实验中测得5种配体与K1pg的平衡结合常数K值大小顺序相一致.     

Hydroxamate类抑制剂与MMP-3的结合自由能的计算

用自由能微扰方法(FEP)计算了两种hydroxamate类的抑制剂和MMP-3的相对结合自由能。在计算中,对于催化区的锌离子与其共价结合的配体(包括抑制和组氨酸)采用了键合的模型,抑制剂和周围配体的部分电荷的计算采用两步静电势收敛方法。自由能计算采用了慢增长(Slowgrowth)和固定窗口增长(Fixedwidthwindowgrowth)两种方法,并且在每次计算中都采用了双向采样(Double-widesampling)的策略。两种方法计算得到的相对结合自由能都能和实验值很好的符合。同时从动力学模拟的得到的分子轨迹得到了抑制剂和受体之间相互作用模式,抑制剂的P1部分可以和受体的S1'口袋形成很强范德华和疏水相互作用,P1上的苯环可以和Tyr223上的苯环形成较好的π键堆积相互作用。     

分子亲脂-亲水性的量子化学描述II. 氨基酸侧链的亲水指标和亲脂指标

在启发式亲脂势HMLP(heuristicmolecularlipophilicitypotential)的基础上提出了分子、分子片段和原子的亲水指标和亲脂指标.计算出了20个天然氨基酸侧链的亲水、亲脂指标和亲水、亲脂表面积,并用线性自由能函数表达氨基酸侧链的溶剂化自由能,?Gsol,=b0 b1Li b2Hi b3Si b4Si.应用线性自由能函数和氨基酸侧链的亲水和亲脂! -i指标,计算了20个氨基酸残基的3种相转移自由能(蒸气-水、蒸气-正辛醇、正辛醇-水)和正辛醇-水分配系数logPow,取得了与实验值高度一致的良好效果.HMLP的亲水和亲脂指标是HMLP的指标化,扩展了这一方法的使用范围.氨基酸侧链的亲水、亲脂指标和线性自由能函数有望用于生物大分子受体与配体的结合自由能的估算、蛋白质的结构与功能、蛋白-蛋白相互作用和识别的研究.     

基于虚拟筛选策略发现新型潜在JAK3小分子抑制剂

利用已知活性的分子采用基于配体的策略构建药效团模型,通过基于类药规则、药效团模型、多种精度的分子对接算法、MM/GBSA结合能预测以及ADMET筛选手段对含约250万个分子的数据库进行虚拟筛选。发现5种JAK3抑制剂的新型骨架,其中6个以1-苯基咪唑烷-2-酮为骨架的分子在与JAK3激酶的结合能以及分子的ADMET性质评价方面均表现优异,具备高JAK3抑制剂潜力,被认为是虚拟筛选的命中分子。     

激酶ABL与肉豆蔻酰位点小分子作用机理的分子动力学模拟及自由能计算

采用分子动力学方法研究激酶ABL 与ATP 位点小分子imatinib、P16 及变构位点小分子STJ、MS7、MS9、3YY、MYR等的结合, 并用GBSA (generalized Born surface area)方法将结合自由能分解到各残基. 自由能计算结果表明, 小分子STJ、MS7、MS9 有利于imatinib 与ABL 结合; 小分子STJ、MS7、MS9 与激酶ABL的结合自由能接近, 绝对值均大于ABL 与3YY、MYR 的结合自由能. 能量分解表明, ABL 残基ILE502、VAL506、LEU510与STJ和MYR的相互作用是αI 螺旋处于弯曲状态的重要原因. 模拟过程中ABL肉豆蔻酰口袋残基均方根偏差(RMSD)变化值表明, STJ等小分子抑制剂与ABL结合后降低了肉豆蔻酰口袋残基的柔性.     

基于分子动力学模拟和连续介质模型的自由能计算方法*

近些年,基于分子动力学模拟和连续介质模型的自由能计算方法受到了越来越多的关注,其中MM/PBSA就是最具代表性的方法.在MM/PBSA中,体系的焓变采用分子力学(MM)的方法计算得到;溶剂效应中极性部分对自由能的贡献通过解Poisson-Boltzmann(PB)方程的方法计算得到;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(SA)计算得到.本文结合我们科研组的工作,就近几年MM/PBSA方法的最新进展做了较为详细的阐述,同时对MM/PBSA的发展前景进行了展望.     

量子化学计算解析手性共价有机框架材料6色谱固定相的手性拆分机理

为探究手性共价有机框架材料6(Chiral Covalent Organic Frameworks 6, CCOF6)色谱固定相的手性拆分机理,首先运用ORCA程序对CCOF6及4对手性对映体进行结构优化,然后使用AutoDock程序对CCOF6及各对映体分子进行分子对接,获得CCOF6与对映体相互作用的初始构型;采用ORCA程序(B3LYP泛函,带DFT-D3校正,轨道基组为def2-TZVP, def2/J作为RI-J的辅助基组,RIJCOSX用来加速计算)对初始构型进行能量计算,以最终确定CCOF6与对映体的相互作用构型,并获得相应的结合自由能和结合自由能差;使用Multiwfn程序对ORCA结果进行独立梯度模型分析,并应用视觉分子动力学程序可视化展示CCOF6与对映体的弱相互作用。结果表明:①在计算结合自由能方面,考虑了溶剂效应的ORCA计算方法比不考虑溶剂效应的ORCA以及AutoDock计算方法更为精确;②CCOF6色谱固定相与对映体之间的结合自由能差绝对值越大,对映体的选择性因子也越大,然而对映体的分离度不一定会越大;③除S-1-苯基-1-丙醇是以羟基和CCOF6的醚键发生相互作用外,其他对映体皆为羟基与CCOF6的羰基发生相互作用,且S-1-苯基-1-丙醇与CCOF6的结合力最弱;④结合对映体的出峰时间和其与CCOF6的结合自由能大小可以推断,正己烷/异丙醇流动相对1-苯基-1-丙醇的洗脱能力最弱,正己烷/异丙醇流动相对1-苯基-2-丙醇的洗脱能力次弱;⑤除了S-1-苯基-1-丙醇出峰时间迟于R-1-苯基-1-丙醇,其余对映体均为R型出峰时间迟于S型。     

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.     

HIV-1蛋白酶与抑制剂作用的结合自由能计算

HIV-1蛋白酶是治疗艾滋病的重要靶标酶之一. 采用分子动力学模拟, 运用MM-PBSA方法计算了HIV-1蛋白酶与三个抑制剂BE4, BE5和BE6的结合自由能, 结果表明抑制剂P₁/ 位置的苄基上双氟原子的不同位置对结合自由能产生不同的影响. 通过能量分解的方法考察了HIV-1蛋白酶的主要残基与三个抑制剂间的相互作用与识别, 结果表明三个抑制剂以相同的作用模式与HIV-1蛋白酶结合, 计算结果与实验结果基本吻合.