分子对接结合比较分子相似性指数分析用于雌激素类化合物活性预测和分子机理研究

雌激素类化合物通过干扰人和野生动物正常内分泌的功能, 对人和野生动物的健康产生严重的负面影响. 对雌激素类化合物雌激素活性的分子机理和活性预测一直受到广泛的关注. 以44个结构差异较大的化合物为研究对象, 发展了基于雌激素受体(α亚型)结构的比较分子相似性指数分析方法(COMSIA), 研究雌激素类化合物结构与活性的关系, 对雌激素化合物活性进行预测, 建立了相关性显著、预测能力强的定量模型(R² = 0.965, Q²_LOO = 0.599, R²_pred = 0.825). 并且阐明了影响化合物雌激素活性的分子结构特征, 揭示了受体结合腔中起关键作用的氨基酸残基以及这些氨基酸残基与配体化合物作用的具体方式.     

应用分子全息QSRR预测有机磷化合物的色谱保留指数

基于分子全息技术, 研究了41种有机磷化合物甲酯化后气相色谱保留指数与分子全息结构之间的关系, 应用偏最小二乘回归技术建立了分子全息定量结构-色谱保留相关模型, 非交叉验证系数r² = 0.994, 交叉验证相关系数q²_LOO = 0.984. 随机选出30种有机磷化合物作为训练集, 其余作为测试集来验证分子全息QSRR模型的预测能力和稳健性. 在最佳建模条件下对训练集进行偏最小二乘回归分析, r₂为0.995, q²_LOO为0.982. 用训练集数据所建立的QSRR模型预测测试集中有机磷化合物的色谱保留指数, 结果表明, 基于训练集所建立的QSRR 模型可以对测试集的有机磷化合物的气相色谱保留指数进行很好的预测. 利用HQSRR模型的色码图, 探讨有机磷分子中的不同侧链基团对其色谱保留性质的影响, 以及有机磷化合物在固定相上的色谱保留机制.     

有机污染物生物富集因子定量预测模型的建立与评价

有机污染物的生物富集因子(BCF)是进行生态风险评价的基础数据. 依照经济合作与发展组织(OECD)关于定量结构-活性关系(QSAR)模型构建和使用的导则, 根据线性溶解能关系(LSER)理论选择理论计算的分子结构描述符, 采用偏最小二乘(PLS)方法建立了8类化合物对鱼类BCF的QSAR模型. 结果表明, Connolly分子表面积(CMA)、平均分子极化率(α)和分子量(MW)对BCF影响最显著, 因此, 分子大小是影响化合物在鱼体内生物富集的最主要因素. 模型具有良好的拟合能力(复相关系数平方R²_Y = 0.868, 均方根误差RMSE = 0.553)、稳健性(交叉验证Q²_CUM = 0.860)和预测能力(外部可解释方差Q²_EXT = 0.755, RMSE = 0.647). 采用Williams图对模型应用域(AD)进行了表征. 所建立的模型, 可以应用于应用域内有机化合物的BCF的预测, 具有潜在应用价值.     

雌二醇衍生物的HQSAR研究

应用基于分子全息的QSAR方法, 对30种雌二醇衍生物与羔羊子宫雌激素受体作用的lgRBA值建立了相关模型, 研究了碎片区分参数及碎片长度对模型质量的影响. 最佳全息条件下产生的模型的相关系数r²为0.991, 交叉验证相关系数q_LOO² 为0.897. 结果表明所建模型具有良好的拟合效果, 同时具有较高的预测能力.     

一种新的比较分子/虚拟受体相互作用分析法

将虚拟受体的概念与比较分子场法有机结合起来, 得到了一种新颖的3D-QSAR研究方法: 比较分子/虚拟受体相互作用分析法(CoMPIA). 该方法通过定义受体原子探针并利用遗传算法优化探针在药物分子周围的最佳分布情况来找寻模型最优解和虚拟受体模式, 从而有效提高了建模的质量和结果的可解释性. 使用CoMPIA对31个经典甾体化合物进行了系统的QSAR研究, 所得模型拟合复相关系数R²、交叉检验Q2以及对测试集预测结果的均方根误差RMSEP分别为0.940, 0.868和0.502, 该结果优于多数文献报道.     

S-DABO类非核苷类HIV-1逆转录抑制剂HQSAR

采用分子全息定量构效关系(HQSAR)方法, 研究了34个HIV-1逆转录酶抑制剂S-DABOs类化合物的结构与活性之间的关系. 讨论了分子碎片大小、碎片区分参数以及分子全息长度对模型的影响. 以26个化合物构成的训练集所建最优模型的交叉验证相关系数q²为0.755, 相关系数r² 为0.949. 对8个化合物构成的测试集进行了预测, 其预测相关系数r_pred²为0.95, 表明所建模型不仅有较高的拟合能力, 还有良好的预测能力. 最后, 利用HQSAR模型的色码表示, 探讨了对S-DABOs类似物的活性起重要作用的结构与片段, 为此类化合物的进一步结构改造与优化提供理论指导.     

应用分子全息对多氯代二苯并呋喃的QSRR研究

基于分子全息技术, 研究了135种多氯代二苯并呋喃化合物(PCDFs)气相色谱保留指数(GC-RI)与分子全息结构之间的关系, 应用偏最小二乘(PLS)回归技术建立了分子全息定量结构-色谱保留(QSRR)模型. 交叉验证相关系数q²_LOO=0.998, 非交叉验证系数r² = 0.998. 随机选出100种PCDFs化合物作为训练集, 其余作为测试集, 来验证分子全息QSRR模型的预测能力和稳健性. 采用最佳模型的建模条件对测试集进行PLS分析, q²_LOO为0.997, r²为0.998. 用训练集数据所建立的QSRR模型预测测试集中PCDFs化合物的色谱保留指数, 结果表明基于训练集所建立的QSRR模型可以对测试集中PCDFs化合物的气相色谱保留指数进行很好的预测.     

新分子距边矢量用于环境毒物多氯代二苯并呋喃的定量结构保留相关建模

在烷烃分子距离边数矢量基础上, 提出以基团作拟原子为基准的新分子距边矢量(μ), 借助多元线性回归方法(MLR)分别建立了多氯代二苯并呋喃(PCDF)在非极性、中等极性、极性色谱柱上的色谱保留参数与其结构表征矢量μ之间的定量相关模型. 为检验该定量结构保留相关(QSRR)模型的稳定性和预测能力, 采用留一法(LOO)进行了交互校验(CV). 对非极性色谱柱(DB-5)上色谱保留指数RI及相对保留时间RRT的QSRR模型, 其相关系数R都在0.99以上; 对另外两种非极性固定相色谱柱(OV-101, SE-54)上相对保留时间RRT的QSPR模型, 其相关系数R= >0.98; 对中等极性固定相(OV-1701)色谱柱上相对保留时间RRT的QSRR模型, 其相关系数R= >0.95; 而对极性色谱柱SP-2310上色谱保留指数QSRR模型的相关系数R较小, 仅为0.90左右(R= 0.884~0.958). 表明新分子距边矢量μ能很好地表征二苯并呋喃在非极性及中等极性色谱柱上的色谱保留行为; 而对极性色谱柱上的色谱保留行为的表征能力较差, 尚需改进.     

部分苯酚衍生物生物降解性的2D和3D-QSBR研究

应用B3LYP/6-311G**水平计算得到的量子化学参数,在实验数据的基础上,建立了部分苯酚衍生物生物降解性能(二氧化碳生成量(PCD))的定量结构-生物降解性相关模型(2D-QSBR),该模型包括分子平均极化率(α)和熵(SΘ)两个参数,其中α对PCD的影响更为显著,模型的相关系数R2=0.933,交叉验证相关系数q2=0.894.该结果优于midix,6-31G*计算水平下得到的2D模型,此外,应用基于分子模拟技术的比较分子相似性指数(CoMSIA)方法,建立了3D-QSBR模型,模型的R2=0.964,q2=0.716,化合物的氢键供受体特性对降解能力的影响较为显著,其次是化合物的疏水性.结果表明,2D和3D-QSBR模型都具有良好的稳定性和预测能力,可以预测同类化合物的PCD值.     

一种基于三维原子场相互作用矢量的新型氨基酸结构信息描述子

从分子的三维空间结构出发, 按照不同类型原子之间静电和立体作用得到一种新的分子结构表达方法——三维原子场相互作用矢量(3D-VAIF). 利用该矢量对20种天然氨基酸空间结构性质进行计算, 通过主成分分析获得单个氨基酸的特征描述子——氨基酸结构信息得分(SSIA). 分别使用58个血管紧张素转化酶抑制剂、48个苦味二肽以及31个缓激肽对SSIA的性能进行了测试, 所得模型的复相关系数R²_cum和交互检验复相关系数Q²_LOO分别为0.789, 0.773; 0.856, 0.837和0.838, 0.815. 结果表明将SSIA用于肽类似物定量序列活性建模(定量序效建模, QSAM)效果优于传统氨基酸描述子.     

中国蝗科部分昆虫的分子生物地理学分析

在用DNA序列重建蝗科昆虫系统发育的基础上, 采用组成成分分析方法对中国蝗科部分昆虫分布区之间的关系进行了研究. 虽然用贝叶斯法、最小进化法和最大简约法得到的分子系统树并不完全一致, 但根据这些分子系统树得到的严格合意分布区分支图却完全相同. 严格合意分布区分支图表明, 在这些蝗虫的分布区中, 首先在东北区形成, 接着在青藏区形成, 然后依次在蒙新区、华北区、华东区形成, 最后在华中区、西南区和华南区形成. 总体来看, 位于中国北部的分布区和青藏区比位于中国南部的分布区形成要早, 其原因可能与第四纪冰期冰川的活动有关. 青藏区和东北区都是较早形成的分布区, 由于二者在地理位置上并不相邻, 因此可以推测在第四纪更新世后期的间冰期, 除了东北区外, 青藏区也是蝗科昆虫向其他分布区扩散的一个中心.     

平面型1-氯蒽醌二聚体中分子间弱相互作用的理论研究

运用密度泛函B3LYP方法,在6-311G(d,p)基组水平上对平面型1-氯蒽醌二聚体进行构型优化,得到了6种稳定构型.在MP2/6-311+G(d,p)水平上计算了这6种构型分子的能量,并进行了基组重叠误差(BSSE)校正.通过分子静电势讨论了该类分子间弱相互作用的本质,用"分子中原子(AIM)"理论对分子间化学键的性质进行了电子密度拓扑分析.结果表明:二聚1-氯蒽醌的平行构型比T型构型稳定,1-氯蒽醌二聚体中分子间的相互作用都是具有静电性质的弱相互作用,电子受体的静电势变化总值可作为分子间化学键强弱的指标.     

计算机分子模拟——2013年诺贝尔化学奖简介

计算机分子模拟技术的发展至今已有半个世纪的历史,现被广泛应用于解决各种复杂化学和生物学问题,比如药物设计和材料设计。2013 年诺贝尔化学奖授予给卡普拉斯、莱维特和瓦谢尔三位美国科学家,以表彰他们在“发展多尺度模型研究复杂化学体系”上的贡献。这次授奖表明,对于今天的化学家来说,计算机分子模拟已和试管实验同等重要,理论和实践要密切合作才能解决复杂问题。笔者主要介绍计算机分子模拟技术的基本概念、发展简史,以及主要应用领域,并对此技术的未来发展做了展望。     

云南陆稻品种籼粳分化与遗传变异

利用34个籼粳特异插入缺失(insertion/deletion,InDel)分子标记和24个SSR分子标记对云南113个陆稻品种的籼粳分化与遗传变异进行分析.InDel分子标记鉴定结果表明,云南陆稻以粳稻(粳型、偏粳型)品种为主,占总品种的83.2%.聚类结果显示,云南陆稻品种明显聚为4大类群(籼型、偏籼型、粳型、偏粳型),支持InDel分子标记鉴定结果.重新将云南陆稻品种的种植区域划分为2个:(1)海拔1250m以下为籼粳稻混合种植区;(2)海拔1250m以上为粳稻种植区.SSR遗传多样性分析结果表明,云南陆稻籼粳亚种间遗传多样性均很丰富,籼稻品种的遗传多样性高于粳稻品种且差异显著.分子方差分析显示,云南陆稻遗传变异主要来自亚种内(占总变异81%),亚种间遗传变异占19%.不同地区间陆稻种质资源遗传多样性比较分析表明,滇西南与滇南地区存在丰富的遗传变异,是云南陆稻品种遗传多样性的分布中心.半山云雾多湿区作为云南陆稻品种的传统种植区域,保留大量的遗传变异与稻种资源,是开展陆稻种质资源保护、利用的核心区域.     

核酸碱基分子静电势梯度图

本文导出了计算分子周转空间电势梯度的计算公式，并运用我们所建议的等梯度线图方法研究了五种碱基Ａ，Ｔ，Ｕ，Ｇ，Ｃ周转的电场，讨论了图形所提供的物理，化学和生物学意义。     

分子手术——纳米生物学的新领域

本文扼要地介绍了纳米生物学这一纳米科技与生物学的交叉科学。重点综述了分子手术这一21世纪的外科手术的发展历程和研究进展,并对分子手术及其应用前景做了展望。     

基于GCV准则的小波阈值去噪算法研究

在对小波去噪文献进行理解和综合的基础上,研究了广义交叉确认准则下的GCV阈值方法,对其原理进行了分析,给出了GCV阈值的推导过程。     

功能化氧化石墨烯的靶向肿瘤成像与光热治疗

整合素α_vβ₃是一种跨膜糖蛋白, 高表达于多种肿瘤细胞表面, 如人恶性胶质瘤(U87-MG). 它能够作为一类肿瘤标志物, 为肿瘤类型的诊断提供依据, 并为肿瘤治疗提供潜在作用靶点. 本文以人恶性胶质瘤细胞(U87-MG)为治疗模型, 利用靶向配体——整合素α_vβ₃单克隆抗体(integrin α_vβ₃ monoclonal antibody), 偶联新型纳米材料——氧化石墨烯(nano-graphene oxide, NGO), 构建成一种新型纳米探针(NGO-mAb-FITC)用于靶向成像及光热治疗. 这种纳米探针具有主动靶向功能, 可识别α_vβ₃阳性表达细胞U87-MG, 但不被α_vβ₃阴性表达的人乳腺癌细胞(MCF-7)摄取. 通过异硫氰酸荧光素(FITC)共价修饰靶向配体, 使纳米探针(NGO-mAb-FITC)获得对肿瘤细胞的靶向成像作用. 同时, 利用氧化石墨烯在808 nm近红外激光照射下的光热转化性能, 使得特异性摄取NGO-mAb-FITC纳米探针的肿瘤细胞内部产生过高热(hyperthermia), 从而诱导肿瘤细胞热损伤及细胞凋亡. 实验结果表明, NGO-mAb-FITC能有效识别靶细胞, 为肿瘤诊断提供依据, 而利用氧化石墨烯的高光热转换性能, 为肿瘤治疗提供新途径, 并有望成为一种有潜力的新型靶向光热转换探针而用于肿瘤的成像诊断与光热治疗.     

生命科学用原子力显微镜之原理与应用

本文在简单介绍原子力显微镜（AFM）成像原理及其特点的基础上，主要从AFM对核酸、蛋白质和细胞微生物的表面特性、内部结构、分子细胞间的相互作用及其动态观察、单分子操纵以及分子识别等方面的应用加以举例介绍。随着科学技术的发展，AFM的不断改进与完善，AFM必将成为生命科学研究的重要手段之一。