HIV-1蛋白酶与抑制剂TMC-114作用机制的自由能研究

HIV-1蛋白酶已经成为治疗艾滋病的主要药物靶标之一.文中采用分子动力学模拟和MM-PBSA方法计算了HIV-1蛋白酶与TMC-114的结合自由能.通过能量分解考察了HIV蛋白酶的各残基与TMC-114的相互作用.     

HIV-1蛋白酶与抑制剂BEB的结合自由能计算

HIV-1蛋白酶(PR)是治疗艾滋病的重要靶标酶之一.笔者采用分子动力学模拟,运用MM-PBSA方法计算了PR与抑制剂BEB复合物的绝对结合自由能;运用能量分解的方法考察了PR的主要残基与BEB间的相互作用与识别,结果表明:残基GLY27、 ALA28/ALA28'、 GLY49、 ILE50/ ILE50'和ILE84/ ILE84'为PR与BEB的结合自由能提供了主要贡献.抑制剂BEB骨架上的OH基和NH基与残基ASP25/ASP25'、ASP29和GLY27之间的氢键相互作用有利于复合物的稳定.计算结果与实验值吻合较好.     

HIV-1逆转录酶非核苷类抑制剂MKC分子结合位点的理论研究

1RT1蛋白是一个HIV-1逆转录酶核心蛋白,是抑制剂药物分子的作用靶点.非核苷类抑制剂MKC分子是1RT1蛋白中的配体分子.采用量子力学密度泛函理论,B3LYP计算方法,结合6-31G(d,P)基组,逐个计算MKC分子与其周围半径0.7 nm结构范围内的34个氨基酸残基相互作用和结合能,发现在1RT1蛋白中103Lys残基是MKC分子的结合作用位点,结合能值为-46.73 kJ·mol-1.该结合位点的发现将为进一步设计和寻找抗HIV-1逆转录酶抑制剂药物分子提供一些理论基础.     

FKBP12与其抑制剂作用的结合自由能计算

FKBP12(FK506-binding proteins-12)是一种具有神经保护和促神经再生作用的蛋白.文中采用分子动力学模拟取样,运用MM-PBSA方法计算了FKBP12-TST复合物的绝对结合自由能.通过能量分解的方法考察了FKBP12分子主要残基与配体TST之间的相互作用.     

HIV-1 蛋白酶异位抑制剂体系的长时间分子动力学模拟

采用新开发的ff12SB力场在NVIDIA CUDA GPU上对HIV-1蛋白酶的活性位抑制剂体系和异位抑制剂体系分别进行了100 ns的长时间分子动力学模拟,并用MM-PB/GBSA方法计算了活性位点抑制剂TL-3与HIV-1蛋白酶的结合自由能。异位抑制剂体系中分子片段2-甲基环己醇结合在Exo位,有利于抑制剂被束缚在活性位点附近。异位抑制剂体系中抑制剂TL-3与蛋白酶的结合自由能为-85.78 kcal/mol,活性位抑制剂体系中为-79.45 kcal/mol。这些结果有助于深入了解HIV-1 PR的动力学过程,为设计新型强效抑制剂提供了新见解。     

CDK5与喹啉酮类抑制剂相互作用的分子模拟研究

本文采用分子对接、分子动力学模拟(MD)和结合自由能计算等方法研究了3种喹啉酮类抑制剂与CDK5的相互作用,并且分析和讨论了药物与其周围残基之间的氢键和疏水作用.模拟结果还表明M1和M2与CDK5的结合模式很相似,但残基分解分析表明残基Ile10对于区分M1和M2之间不同的生物活性起到关键的作用.然而,M3的结合模式与M1或M2相比却有一些不同,其中它与残基Asn144之间的静电作用在结合过程中起到了关键的作用.本文的工作对于以后设计新型的有较高选择性的CDK5抑制剂具有一定的指导意义.     

HIV-1蛋白酶与抑制剂结合中桥接水分子作用的QM/MM研究

对HIV-1蛋白酶与抑制剂2AH和4AH结合的两个复合物体系进行了水溶液环境下量子力学分子力学混合方法(hybrid QM/MM)的1ns分子动力学模拟,用MM-GBSA方法得到桥接水分子W301与HIV-1蛋白酶和抑制剂结合体的结合自由能分别为-24.93 kJ/mol和-20.29 kJ/mol,表明W301在抑制剂和HIV-1蛋白酶结合的过程中起到了不能被忽略的作用。     

腺嘌呤与氨基酸残基的极化力场

修复酶如何准确地判断碱基位点是目前研究的重要方向.极化力场能真实地模拟生物分子的极化效应.发展腺嘌呤与氨基酸残基的极化力场,对修复酶相应残基和腺嘌呤之间的氢键作用进行研究.将分子的几何结构、电荷及氢键能与高等从头算方法的结果进行对比分析,并以其结果为基准调节模型参数,建立模型.与现有力场结果相比,模型模拟的结果能更准确地描述分子结构和能量,可应用于酶与DNA作用体系的动力学模拟.     

三氢-咪唑并[4,5-c]喹啉-4(5H)-酮衍生物与二肽基肽酶-4结合机理的理论研究

通过分子对接、分子动力学(MD)模拟和结合自由能分析的方法研究了三氢-咪唑并[4,5-c]喹啉-4(5H)-酮衍生物药物与二肽基肽酶之间的成键机制,分析和讨论了抑制剂和相邻残基之间的氢键和疏水相互作用.用MM-PBSA方法计算得到的4个抑制剂的结合自由能与实验上测得的结果是一致的.抑制剂与DPP-4的关键残基间的范德华相互作用对于体系的结合能有较大的贡献,并且是区分不同抑制剂生物活性的标志之一.     

分子动力学模拟三氯生对烯脂酰-ACP还原酶作用机制研究

本文利用分子动力学模拟分别研究了蛋白sa Fab I体系、sa Fab I-NADP+体系和sa Fab I-NADP+-TCL体系的稳定性、各氨基酸残基随模拟时间的波动情况以及活性位点处关键氨基酸残基构象的变化规律.研究表明,辅酶NADP+及抑制剂三氯生均可在不同程度上促使蛋白构象稳定.辅酶NADP+可以促使活性位点Loop区残基Y147-Y157残基构象变为规则的卷曲构象;抑制剂三氯生可以促使蛋白与底物结合位点Loop I区残基I94-E108和Loop II区残基R194-F204及活性位点Loop区残基Y147-Y157残基构象变为规则的卷曲构象,构象趋于稳定.上述研究发现对认识三氯生作为抗菌药物机制及相关药物设计具有重要指导意义.     

艾滋病毒蛋白酶异位抑制剂体系的分子动力学研究

对艾滋病毒蛋白酶异位抑制剂体系和活性位抑制剂体系进行8 ns的分子动力学模拟,用MM-PBSA方法分别计算了抑制剂与蛋白酶的结合自由能。异位抑制剂体系中抑制剂与蛋白酶的结合自由能为-90.30 kcal/mol,活性位抑制剂体系中为-59.58 kcal/mol。在异位抑制剂体系中分子片段4DX卡在蛋白酶的exo位,使蛋白酶活性位点附近残基的活动范围减小,有利于抑制剂被束缚在活性位点附近。异位抑制剂使体系刚性更强,更稳定,抑制剂与蛋白酶的结合更为牢固。     

Free energy perturbation calculations on binding and catalysis after mutating Asn 155 in subtilisin

Site-directed mutagenesis is a very powerful approach to altering the biological functions of proteins, the structural stability of proteins and the interactions of proteins with other molecules. Several experimental studies in recent years have been directed at estimating the changes in catalytic properties, (rates of binding and catalysis) in site-directed mutants of enzymes compared to the native enzymes. Simulation approaches to the study of complex molecules have also become more powerful, in no small measure owing to the increase in computer power. These simulations have often allowed results of experiments to be rationalized and understood mechanistically. A new approach called the free-energy pertubation method, which uses statistical mechanics and molecular dynamics can often be used for quantitative calculation of free energy differences. We have applied such a technique to calculate the differential free energy of binding and free energy of activation for catalysis of a tripeptide substrate by native subtilisin and a subtilisin mutant (Asn 155----Ala 155). Our studies lead to a calculated difference in free energy of binding which is relatively small, but a calculated change in free energy of catalysis which is substantial. These energies are very close to those determined experimentally (J. A. Wells and D. A. Estell, personal communication), which were not known to us until the simulations were completed. This demonstrates the predictive power and utility of theoretical simulation methods in studies of the effects of site-specific mutagenesis on both enzyme binding and catalysis.     

两种雌激素受体与抑制剂作用的机制

对雌激素受体ERα和ERβ与抑制剂244结合的体系进行了12 ns的分子动力学模拟,用MM PBSA方法计算了体系的结合自由能,抑制剂与ERα的结合自由能是-30.11 kJ/mol,与ERβ的是-33.32 kJ/mol。ERα中Met421侧链原子与抑制剂间的静电排斥作用使活性口袋周围的残基构象发生变化,导致活性区域中结合空穴变大,从而使ERα与抑制剂的亲和性降低。自由能分解计算进一步说明了各个残基对自由能的贡献。     

Si6团簇与Si（111）表面碰撞的分子动力学模拟

利用紧束缚分子动力学方法模拟研究了Si6团簇与Si(111）表面碰撞的微观过程，结果表明，Si6团簇在表面再构并吸附的能量阈值为10cV，损伤域能为60eV。通过对碰撞结果的讨论得到了改变轰击能量可以控制外延生长的结构的结论。     

X掺杂团簇Bn+1(n=1~11; X=Be, Mn)的密度泛函研究

本文利用密度泛函理论对BnX(n=1~11; X=B, Be, Mn)基态结构、稳定性、电子构型与磁性开展了系统研究. 结果表明: 团簇BnX( n=5~11; X=Be, Mn)中的X原子均位于高配位,BnBe的基态构型为多重度为1或2的低重态;团簇BnX的平均结合能均随尺寸的增大而逐渐增大,n取值相同时,Bn+1团簇的平均结合能最高. HOMO-LOMO能隙结果表明, 掺杂铍原子、锰原子有利于提高纯硼团簇的化学活性;团簇BnBe中的Be原子是电荷的受体,团簇BnMn中Mn原子轨道电子表现出显著的spd杂化;团簇BnX (X=B,Be)中的开壳层结构磁矩主要由2p轨道贡献. 团簇BnMn均为开壳层结构,总磁矩主要由Mn3d轨道贡献. 随着团簇BnMn尺寸的增大,Mn原子的配位数增大,B-Mn平均键长增大,Mn3d轨道磁矩减小而导致团簇的总磁矩减小.     

Conformational entropy in molecular recognition by proteins

Molecular recognition by proteins is fundamental to almost every biological process, particularly the protein associations underlying cellular signal transduction. Understanding the basis for protein-protein interactions requires the full characterization of the thermodynamics of their association. Historically it has been virtually impossible to experimentally estimate changes in protein conformational entropy, a potentially important component of the free energy of protein association. However, nuclear magnetic resonance spectroscopy has emerged as a powerful tool for characterizing the dynamics of proteins. Here we employ changes in conformational dynamics as a proxy for corresponding changes in conformational entropy. We find that the change in internal dynamics of the protein calmodulin varies significantly on binding a variety of target domains. Surprisingly, the apparent change in the corresponding conformational entropy is linearly related to the change in the overall binding entropy. This indicates that changes in protein conformational entropy can contribute significantly to the free energy of protein-ligand association.     

外能源自动炮动态仿真

系统动力学键合空间理论是系统动力学键合图理论的最新发展,是处理多能量范畴耦合复杂系统动态仿真的一种理论和方法。外能源自动炮是一个包含机电等多种能量耦合的复杂系统,应用传统的自动炮动力学分析理论,难以准确描述这样的复杂系统。引入键合空间理论,为外能源自动炮系统动态仿真提供了行之有效的理论和方法。该文以某型外能源自动炮为例,给出了应用键合空间理论进行外能源自动炮动态仿真的方法和步骤。     

紧束缚分子动力学模拟:C_(60)与石墨(0001)面的碰撞

运用紧束缚势的分子动力学模拟方法，研究了Ｃ６０分子对石墨表面的碰撞，观察在入射动能为２４０ｅＶ时碰撞的微观过程以及动能和势能的变化趋势．结果发现在弹回过程中Ｃ６０分子质心的运动可被看做是在准谐势下的运动，通过碰撞Ｃ６０分子在石墨表面形成了薄膜．