受损腺嘌呤与氨基酸残基堆积复合物的ABEEM极化力场

修复酶能特异性识别受损DNA,碱基与氨基酸残基间的堆叠作用是特异性识别的重要因素,遗憾的是目前没有精准的模型进行模拟.本文工作的最大贡献是在ABEEM极化力场基础上添加堆叠作用函数,调节相关π键位点参数,精准模拟受损腺嘌呤与氨基酸残基间的堆积作用.选取4种受损腺嘌呤与4种芳香族氨基酸残基堆积二聚体作为模型分子.以从头算...     

利用ABEEM/MM模型对气态丝氨酸和苏氨酸残基二肽分子构象的研究

应用ABEEM／MM浮动电荷模型（原子一键电负性均衡方法融合进分子力场）对气态丝氨酸和苏氨酸残基二肽分子构象进行了初步的研究,与经典的力场模型相比,该方法中的静电势包含了分子内和分子间的静电极化作用,以及分子内电荷转移影响,同时加入了化学键等非原子中心电荷位点,合理的体现了分子中的电荷分布。相对其他极化力场模型,该模型具有计算量较小的特点。结果表明：我们模型计算的两种二肽分子的构象能和关键二面角结构与从头计算结果符合得很好,优于其他力场模型。     

基于蛋白质专一性力场和分子动力学模拟研究细胞周期依赖性蛋白激酶5与Roscovitine衍生物的作用机制

本文通过分子对接,将极化的蛋白质专一性电荷(PPC)替换AMBERFF03电荷,利用分子动力学模拟(MD)和结合自由能计算等方法研究3种Roscovitine衍生物抑制剂与细胞周期依赖性蛋白激酶5(CDK5)的相互作用,分析药物与其周围残基之间的氢键作用以及蛋白质极化对静电作用和范德华作用等的影响。模拟结果表明:3种抑制剂与CDK5的结合模式很相似,范德华力对亲和能有较大贡献。但残基分解分析表明Glu81、Cys83和Lys89与抑制剂形成静电相互作用能显著区分3种不同Roscovitine衍生物类抑制剂的生物活性。     

核酸碱基间氢键距离和作用能的快速预测

氢键对蛋白质、核酸以及DNA-蛋白质复合物的结构和功能有着重要影响,快速准确预测氢键复合物的结构及作用能十分重要,因此,提出了一种可快速准确预测N—H…O=C、C—H…O=C和O—H…O型氢键复合物作用能的可极化偶极-偶极作用模型.对此模型进行进一步发展,使之包含孤电子偶极的处理并将其推广到一系列不仅包含N—H…O=C、C—H…O=C型氢键,而且包含N—H…N型氢键的核酸碱基氢键复合物中,对这些复合物的平衡氢键距离和相互作用能进行了快速预测.结果表明:可极化模型的预测结果很好地重复了高水平从头算结果,但却更加快捷、省时,展示了可极化偶极-偶极作用模型的广阔应用前景.     

屈氟尿苷及其类似物与腺嘌呤核苷间氢键作用的探讨

研究取代基对核苷分子构成的氢键复合物稳定性的影响,对于推动新型抗病毒药物的研发工作有着重要的意义.在M06-2X/6-31+G(d,p)水平上对9种不同的屈氟尿苷或其取代类似物与腺嘌呤核苷构成的氢键复合物的结构进行了预测,并在M06-2X/aug-cc-pVTZ水平上对复合物相对稳定性进行了探讨.研究发现,该类氢键复合物中N—H…N氢键作用最强,N—H…O=C次之,C—H…O=C最弱.基于模拟结果,嘧啶环C5上的吸电子取代基使嘧啶环作为氢键质子供体的能力增强,从而加强了它与腺嘌呤核苷间氢键作用,供电子取代基使嘧啶环作为氢键质子供体的能力减弱,从而削弱了它与腺嘌呤核苷间氢键作用.推测F、CN、Cl和SO_3H取代的脱氧核苷类化合物很可能成为新的抗病毒药物而引起广泛关注.     

地棘蛙素类似物的CoMFA和CoMSIA的3D-QSAR研究

采用比较分子力场 (CoMFA)分析法和比较分子相似性指标场(CoMSIA)分析法,进行偏最小二乘法(PLS)分析,建立了地棘蛙素类化合物的三维构效模型.通过验证,说明该系列化合物分子立体场、静电场、氢键场和疏水场的分布与生物活性之间有良好的相关性.用模型预测同系列测试集分子,结果与实验值偏差较小.预测结果表明,该力场模型有一定的预测能力.并得出了新的药效团定义模型,可用来指导设计新的地棘蛙素类化合物烟碱型乙酰胆碱配体.     

应用可极化偶极-偶极作用模型快速计算分子间非键作用强度

非键作用广泛存在于生物体系中,对生物分子的结构和性能有重要影响,快速准确预测这些非键作用强度具有重要科学意义.为了实现快速计算分子间非键作用强度,提出了可极化偶极-偶极作用模型.为了进一步测试可极化偶极-偶极作用模型的适用范围,将该模型应用于更多的含有有机和生物小分子的非键复合物体系.计算结果表明:可极化偶极-偶极作用模型的预测结果很好地重复了高精度从头计算计算结果,其预测能量时的计算精度至少与M06-2X和M06-2X-D3方法计算精度相当,优于AMBER99和AMOEBA方法.说明可极化偶极-偶极作用模型可望在生物分子体系的分子模拟领域得到应用.     

儿茶素-腺嘌呤分子间相互作用的密度泛函研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法,在6-31+G*基组水平上研究了儿茶素-腺嘌呤分子间相互作用机制,得到稳定的儿茶素-腺嘌呤复合物.计算结果表明氢键对于复合物的稳定性起着重要的作用,并且当复合物形成2个或更多的氢键时,氢键的数目、类型及强度共同决定着复合物的稳定性.通过研究发现,所有的氢键复合物进行基组重叠误差(BSSE)校正后的相互作用能为9.50~39.50 kJ/mol,相互作用能主要由氢键所贡献.振动分析显示,氢键的形成使相对应键的对称伸缩振动频率减小,说明这些复合物中形成的氢键都是正常的红移型氢键,与实验结果相一致.     

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.     

应用ABEEMσπ/GB-SA方法估算4个带电二肽的溶剂化自由能

采用B3LYP/6-311++G(d,p)理论水平优化获得体系的稳定几何结构.在相同的理论水平下,使用SMD溶剂模型,计算这些分子在水溶剂中的溶剂化自由能,并以其作为标准值.将各分子的稳定结构作为初始结构,在298 K、NVT系综下,应用ABEEMσπ可极化分子力场,对氨基酸侧链分子的水溶液进行分子动力学模拟,模拟的时间为1ns.平衡后的结构作为训练集,以调节和确定ABEEMσπ的相关参数,最终得到与从头计算相一致的溶剂化自由能.使用相同的参数,计算带电氨基酸二肽的溶剂化自由能,ABEEMσπ的计算结果与从头计算结果具有良好的一致性,表明该参数具有可转移性,这为研究多肽和蛋白质分子的溶剂化自由能奠定了基础.     

Curcin和curcin C与腺嘌呤互作位点的比较分析

麻疯树核糖体失活蛋白curcin和curcin C均具有抗肿瘤活性，但后者的活性水平显著高于前者，为了探索造成这一差异的结构基础，本文采用在线的同源建模预测软件SWISSMODEL，对两种麻疯树核糖体失活蛋白curcin、curcin C的三维结构模型进行预测，采用SYBYL对预测模型进行能量最小化优化，采用PROCHECK、VERIFY 3D和ERRAT软件对优化前后的模型进行质量评估，随后采用AutoDock软件将预测的模型与腺嘌呤进行分子对接分析.结果显示，两种蛋白采用与Ricin A类似的方式与腺嘌呤相互作用，但在相互作用的氨基酸残基种类、数量以及形成的氢键和疏水相互作用上还是存在差异，其中，curcin C与腺嘌呤具有最强的结合能力，curcin则最低.     

TPPFe(II)、L-Thr-TPPFe(II)的电子结构特征及其载氧功能模拟

采用密度泛函理论B3LYP方法和混合基组(Fe(Ⅱ)采用赝式基组Lan2dz;C、H原子采用6-31G(d);N、O采用6-311++G(2d,p))对卟啉亚铁(TPPFe(Ⅱ))、L-苏氨酸卟啉亚铁(L-Thr-TPPFe(Ⅱ))的电子结构特征进行了研究;为了模拟真实的体内环境和实验条件,理论计算采用了极化连续介质模型(PCM)模拟CHCl3和H2O的溶剂效应.在优化获得稳定构型的基础上,采用Multiwfn软件对获得的波函数进行了拓扑分析和静电势研究,获得了键鞍点电荷密度和分子表观静电势数据.利用VMD软件绘制得到了表观静电势分布图.研究发现:(1)苏氨酸残基中的羰基O原子与Fe(Ⅱ)原子形成配位键,H(7)与N(1)之间存在分子内氢键;以上作用使得卟吩环扭曲变形.(2)苏氨酸残基与Fe(Ⅱ)配位后可减弱O2和Fe(Ⅱ)的配位作用,有利于O2的离去.(3)溶剂效应主要使分子内氢键作用减弱,卟吩环扭曲程度增加;减弱苏氨酸残基与Fe(Ⅱ)的配位作用,增强O2与Fe(Ⅱ)的配位作用.(4)L-ThrTPPFe(Ⅱ)的表观静电势的负值区域主要集中在O原子、N原子附近和苯环的轴面,分别体现了孤对电子和π电子的贡献;正值区域主要集中在苯环H原子和Fe(Ⅱ)附近区域;中心Fe(Ⅱ)处存在具有较大的表观静电势,容易与O2配位.     

ABEEMσπ／MM 模型下8种类型氢键的氢键拟合函数

在ABEEMσπ/MM浮动电荷模型下,为了防止电荷过度极化,提高力场的准确性,引入了氢键拟合函数klp,H(Rlp,H)在氢键相互作用区域代替总校正系数k来描述氢键相互作用.选取了8个模型小分子二聚体,通过拟合在氢键两个区域之间不同距离时从头计算结果的结合能,来拟合ABEEMσπ/MM方法下的氢键拟合函数.应用该氢键拟合函数在ABEEMσπ/MM方法下计算小分子二聚体的结合能,与从头算方法得到的结合能有很好的一致性.同时对具有同样类型氢键的其他二聚体的结合能进行了计算,与从头算结果相近,说明这些函数具有良好的可转移性.     

精氨酸侧链与生物小分子间离子氢键强度的快速计算

提出了1种快速模拟生物分子间离子氢键作用的新方法,并将该方法用于计算模拟带有1个正电荷的精氨酸侧链与甘氨酸二肽分子、碱基尿嘧啶分子、碱基胸腺嘧啶分子等中性分子间的N—H…O=C离子氢键相互作用.计算结果表明:新方法可以快速计算带电精氨酸侧链分子和甘氨酸二肽分子、碱基尿嘧啶分子、碱基胸腺嘧啶分子间形成的N—H…O=C离子氢键的平衡氢键键长和分子间相互作用能;得到的平衡氢键键长与从头计算MP2/6-31+G(d,p)方法得到的平衡氢键键长的绝对偏差均小于0.005nm;分子间相互作用能与从头计算MP2.5/CBS方法得到的分子间相互作用能的绝对误差均小于8.2kJ/mol,相对偏差均小于5.5%;在同等计算条件下,新方法的计算效率比从头计算方法快数千倍以上.这些结果表明新方法准确快捷,在生物大分子体系的分子模拟领域有潜在应用价值.     

七叶苷与牛血清白蛋白相互作用的分子对接研究

采用分子对接方法研究了药物小分子七叶苷与牛血清白蛋白(BSA)之间的相互作用,获得了七叶苷与BSA的结合模式信息.分子对接结果表明,七叶苷分子与蛋白活性空腔内的氨基酸残基形成疏水作用和氢键作用.这些基团之间的相互作用是七叶苷与BSA稳定结合的关键因素.研究结果可为相关实验研究提供微观结构信息.     

丙氨酰胺基硫脲及其阴离子配合物的手性传递

通过改变丙氨酸N端的取代基,设计合成了2种基于丙氨酸残基的酰胺基硫脲衍生物.通过X-射线单晶衍射、核磁共振波谱、吸收光谱和圆二色(CD)光谱等方法研究了2种不同取代基对硫脲分子自身及其阴离子络合物的氢键网络的影响以及由此引起的手性传递能力的不同.实验表明,当丙氨酸N端取代基为N,N-二甲基甘氨酸残基时,其羰基氧能与硫脲基团中的NH以分子内十元环氢键结合,分子呈折叠构象,实现了手性从丙氨酸残基到苯基硫脲基团的传递.阴离子加入后,该分子的硫脲基团与阴离子以双重氢键结合,分子原有的氢键网络发生改变,羰基氧与酰胺氮氢(NH)之间七元环氢键的存在将手性更多的限制于丙氨酸残基部分,手性传递至阴离子结合部位的效率极低.而N端被二甲基取代的硫脲衍生物由于分子内不同的氢键网络而表现出不同的手性传递能力:结合阴离子前,分子本身不具有折叠构象而无手性传递发生,结合阴离子后,新的氢键网络诱导了手性信号的长程传递.     

副本交换分子动力学模拟方法计算Trp-cage熔解温度

副本交换分子动力学模拟方法用来计算Trp-cage小蛋白的熔解温度.此模拟采用的是AMBER03的分子力场,但是它的电荷用最近发展的极化的蛋白质专一性电荷来代替.隐式溶剂模型用来模拟溶剂影响,温度变化范围从247.7 K到645.6 K.计算的熔解温度是312 K,这一结果和实验值吻合的很好(315 K).     

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.     

含锌蛋白结构的电荷分布及蛋白质片段的结构优化

在PDB数据库中选取一系列的含锌蛋白模型分子并采用B3LYP/6-31+G*方法对氢原子进行部分优化,以Mulliken电荷为基准,利用线性回归和最小二乘法进行电荷分布计算,拟合出一套适用于含锌蛋白分子电荷计算的ABEEMσπ模型电荷参数.通过测试分子的检验,说明参数具有很好的可转移性.将拟合好的电荷参数融入ABEEMσπ浮动电荷极化力场,对3个蛋白质片段进行了力场优化并与PDB结构进行对比,得到相应键长和键角的偏差并统计了均方根偏差.键长均方根偏差最大值为0.005 6nm,键角均方根偏差最大值为3.75°.从优化结果来看,ABEEMσπ浮动电荷极化力场的参数是合理的,可以应用到更大的含锌蛋白体系中.     

单环β—内酰胺对大肠杆菌受体作用三维构效关系的比较分子力场分析（CoMFA）

模拟受体活性部位与配体分子间作用的势场模型,从三维空间进一步探讨单环β-内酰胺抗生素构效关系,指导新化合物设计与合成。我们根据活性类似物原理,采用比较分子力场分析（CoMFA）方法,对已知的26个单环β-内酰胺化合物对大肠杆菌作用的构效关系进行了研究。模拟了大肠杆菌青霉素结合蛋白（PBPs)与配体分子间的作用力场和静电力场模型。该模型有利于指导新型β-内酰胺抗生素me-too类药物的设计。