化学品甲状腺干扰效应的计算毒理学研究进展

人工合成化学品引发的内分泌干扰效应(如甲状腺干扰效应)引起了全世界的广泛关注.在当前全球市场使用的14万多种人工合成化学品中,仅部分化学品具有内分泌干扰效应信息.由于整体动物实验成本高、耗时长,难以对所有潜在内分泌干扰物(EDCs)进行逐个筛查.因此,需要发展化学品环境内分泌干扰效应的计算毒理学方法,用于筛查潜在EDCs及辅助筛选环境优先污染物.本文总结了化学品甲状腺干扰效应的计算毒理学研究进展,主要包括甲状腺干扰物与甲状腺素受体、甲状腺素运载蛋白、甲状腺素磺酸基转移酶相互作用的分子机制及相应干扰效应的定量构效关系模型研究进展.对基于计算毒理学方法开展甲状腺干扰效应方面的研究进行了展望.     

纳米毒理学与安全性中的纳米尺寸与纳米结构效应

纳米生物效应与安全性是纳米科学中既具有基础科学意义, 又事关纳米科技应用前景的关键问题, 是纳米技术可持续发展的核心. 国际上普遍认为, 纳米技术的未来发展取决于两大主要瓶颈能否取得突破: 一是纳米尺度上的可控加工与大规模生产技术; 二是纳米安全性知识体系与评价方法. 针对后者, 欧洲和美国都提出了“没有安全数据, 就没有市场”(“No Data,No Market”)的方针. 为了保障科技和市场的优先权, “科技要领先, 产品要安全”已成为发达国家的国家战略. 为此, 在短短5 年内已经形成纳米毒理学这个新兴学科, 阐明在纳米尺度下物质的毒理学效应. 本文重点分析纳米毒理学与纳米安全性中的纳米尺寸效应、纳米结构效应这两个重要的科学问题及其研究结果, 同时简单讨论剂量-效应关系这个传统毒理学的中心法则在纳米毒理学中的变化情况, 讨论未来的相应研究内容和方向, 同时也帮助读者更为科学、理性地认识和理解物质在新的纳米尺度下所固有的生物学特性, 包括毒理学特性.     

辅酶B_(12)模型化合物的研究——Ⅶ.C_2H_5Co(SB)和RCo(salen)L系列化合物的CNDO/2计算

目前合成系列结构上呈规律性变化的辅酶B_(12)模型化合物和研究其结构与Co—C键性质间的关系,是认识影响辅酶B_(12)中Co-C键稳定性的因素及辅酶的催化作用机制的有效途径.而有关模型化合物的微观反应机制的研究还很少,Lipscomb等人用PRDDO方法计算了简单模型体系CH_3—Co(NH_3)_5;朱龙根等人用非参数自洽场方法计算了模型化合物的各种构型变化对Co—C键强度的影响,Mealli等人用定量分子轨道方法和微扰理论讨论了Co—C键的离解过程,但真正根据模型化合物的晶体结构数据进行量化计算还很少见.     

大数据并行计算框架

大数据是当前IT信息技术研究和应用的热点,但目前的研究多集中在系统和应用层面,而理论基础研究方面相对较少.本文以计算复杂性理论为基础,针对大数据量大、快速和多样性等挑战,着重研究大数据的可计算性及其计算原理.首先将多种类型的大数据抽象到度量空间进行统一化表示以解决多样性问题,其次在度量空间中基于距离对大数据进行划分,最后运用NC类计算理论等并行计算理论和方法对大数据问题进行并行求解,以解决量大和快速等问题.本文从更广的视角,根据大数据的特性和大数据整个生命周期,提出处理大数据的策略和技术以及需要变革思维方法研究大数据.     

化合物的预测毒理学和数据库开掘

采用结构相似度计算的方法对ＲＴＥＣＳ库中的毒性化合物进行了系统的分析,结果表明毒性化合物数据库中存在毒性化合物的结构模式或结构特征,鉴于此,采取一个分步策略来开掘毒性数据库;通过相似度比较的结构模式提取和在此基础上的ＱＳＡＲ（ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ－ａｃｔｉｖｉｔｙ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ）分析。结果表明这一策略是可行和有效的。可以预期毒性华侨的数据库的开掘将是预测毒理学的     

大规模蛋白质相互作用数据的分析与应用

蛋白质相互作用在生命活动中起着重要的作用. 目前已开发出几种实验和计算方法能够得到大规模蛋白质相互作用数据. 但是, 与传统的实验结果相比, 蛋白质相互作用大规模数据中存在着比例较高的假阳性. 为了能够充分利用这些数据, 需要建立生物信息学方法对这些数据进行系统的评价, 进而提高数据的可信度, 并从中挖掘出有价值的生物信息. 本文对目前蛋白质相互作用大规模数据的计算分析和应用进行了总结, 包括蛋白质相互作用数据评估方法、与蛋白质其他信息的关系以及在生物学研究中的应用, 并提出了开发分析和挖掘蛋白质相互作用数据工具的主要方向, 以期有助于这些数据的研究和应用.     

毒理芯片技术及应用

毒理芯片(toxchip)技术是在基因组技术和DNA微阵列技术基础上发展起来的分子生物学技术, 它将使科学家在分子水平评价外界有毒物质的毒性状况. 1999年美国国家环境健康科学研究所(NIEHS)成功开发出了毒理芯片技术[1], 该技术对传统毒理学研究具有革命性意义, 它预示了快速高效地确定环境危险物及环境有毒物质DNA效应的时代已经来临, 将为医学、 环境毒理学及生态毒理学等研究开辟新途径. (ⅰ) 毒理芯片的工作原理. 美国科学家最先将毒理芯片技术用于研究毒理学[1]. 既然克隆的cDNA微阵列可以测定基因表达, 反过来基因表达就可以作为被…     

雾霾超细颗粒物的健康效应

大气细颗粒物暴露与肺癌和心血管疾病及其死亡率增加的因果关系,已经在过去几十年欧美国家所开展的长期研究中得到确认.但是,细颗粒物是空气动力学直径小于或等于2.5?m的所有颗粒的统称,包括对消光、致霾贡献很大的亚微米颗粒物和纳米级的小颗粒物(100 nm,超细颗粒物).以质量浓度(即颗粒物的重量)测量,细颗粒物中微米尺度颗粒物的浓度最大;但以颗粒物数浓度(即颗粒物的数目)测量,超细颗粒物的浓度最大.与大尺寸的颗粒物相比,超细颗粒物具有不同的吸附能力、表面化学反应能力、分散与团聚能力等.长期以来,由于缺乏有效的研究手段和方法,科学家们只能推测雾霾中的超细颗粒物有可能是雾霾健康损害的主要贡献者.近年来,伴随着纳米科技的迅速发展,纳米毒理学得以兴起并受到广泛关注.尽管大气超细颗粒物的成分、尺寸等远比人造纳米颗粒复杂,但是,纳米毒理学所建立的实验技术和方法学可以在二者的研究中共享.本文根据过去15年发展起来的纳米毒理学的研究方法和获得的知识,从毒理学研究角度针对雾霾超细(纳米级)颗粒物在肺部的沉积和吸收、呼吸系统急性毒性反应、清除、炎症反应等健康效应,以及心血管系统对超细颗粒物的急性毒性反应等进行了分析和讨论,并针对我国雾霾特征提出了开展雾霾超细颗粒物健康效应系统研究的优先方向.     

短期致突变试验及其在辐照食品研究中的应用

本文介绍了近年来短期致突变试验的某些进展,利用这一新的测试系统替代长期试验的现状及其在毒理学研究,特别是在辐照食品安全性研究中的应用。一、前言化学物质对人体损害的一个重要方面集中表现     

三岔共轭化合物的HeI紫外光电子能谱(UPS)研究

实验表明,芳杂环基苯基酮类化合物中芳杂环羰基与苯羰基两共轭体系是非等价的,故并不共平面,蒋明谦等合成了不同类型三岔共轭类化合物,并研究了它们间的同系线性规律。作者在苯多烯基苯基酮及噻吩多烯基噻吩酮类化合物的UPS研究基础上,又对噻吩多烯基苯基酮和苯多烯基噻吩酮两系列化合物的UPS谱进行了研究,结合分子轨道计算,讨论了     

中国现代毒理学的形成与发展

毒理学是关系人类健康的一门学科,人类与毒物斗争的历史是人类文明史中重要的篇章.生物学研究的每一次进展都使得毒理学产生新飞跃,从五四运动至今的90多年内,我国现代毒理学发展经历了起步、取得阶段性成果和开拓创新三个不同的发展阶段.     

科学大数据与数字地球

大数据研究正发展为科技、经济、社会等各领域的关注焦点,诸多国家已将大数据研究上升至国家战略层面.本文从时空角度论述了大数据的缘起、内涵与发展势态,分析了科学大数据成为科学研究新途径的历程——科学范式开始从模型驱动向数据驱动发生转变.给出了科学大数据的定义及科学大数据计算的应对策略.进一步地论述了数字地球学科的基本理论框架和数字地球中的数据系统,指出了数字地球学科具有大数据的鲜明特点.最后以"胡焕庸线"形成机理的空间认知研究为例,具体阐述了数字地球学科中的大数据研究的理论和方法.     

转基因食品和传统食品同样安全

正近日,在北京举行的《食物进化》观影暨转基因科普交流会上,食品安全权威科学家陈君石院士解读了美国毒理学会的声明。该声明再次强调:大量数据表明,转基因食品和传统食品具有同样的营养和安全性。陈君石说,该声明的主要观点是:转基因作物中表达的蛋白质经过系统的安全性评价程序,新作物和母体作物在营养和非营养成分方面     

我国PM2.5和臭氧污染前体物排放源清单的现状与质量评估

大气污染源排放清单是研究细颗粒物(PM_2.5)和臭氧污染成因、制定PM_2.5和臭氧污染精准协同防控策略的重要基础数据.依托国家科技项目以及各级管理部门的强力推进,近年来我国PM_2.5和臭氧污染前体物排放清单研究与编制工作得到了迅速发展,积累了相对完善的本土前体物排放因子及PM_2.5和VOCs成分谱数据集,建立了较为系统的前体物排放清单表征方法和编制指南;交通、卫星等大数据和多种校验评估方法逐渐得到重视与应用,污染源和污染物种覆盖逐渐精细化, VOCs组分排放清单逐渐受到关注,各种尺度前体物排放清单的时空分辨率、时效性和可靠性有了显著提升,基本满足区域和城市开展PM_2.5与臭氧污染防控对排放源清单的需求.尽管如此,我国前体物排放清单依然存在不确定性较大、排放因子和成分谱数据建立缺乏规范化评估、组分清单校验薄弱、排放源清单编制质量评估方法缺失等不足.未来工作需要在排放因子和成分谱数据集规范化、排放清单校验与质量评估方法指南编制、近实时和短临预测排放清单方法学与业务化、不同类型排放清...     

有机小分子化合物解离常数pK_a的预测研究进展

对于弱酸和弱碱化合物,解离常数(p Ka)是最重要的理化性质参数之一,其决定化合物的溶解度、亲脂性、生物富集性、毒性以及药物分子的吸收、分布、代谢和排泄(ADME)性质.通过实验方法测定化合物水溶液中的p Ka受到物质稳定性、仪器测定范围以及人力物力消耗等多方面的限制,因此过去几十年间发展了大量的p Ka预测方法.本文以有机小分子化合物为研究对象,回顾了20年来p Ka预测的研究成果,包括pK a实验数据的来源、质量、测定方法,重点介绍3类预测方法(线性自由能关系模型、定量结构-性质关系模型和第一性原理方法),并简单总结了常用的商业软件,最后提出未来p Ka预测研究需要关注的问题.     

新型全氟和多氟烷基化合物的分析、行为与效应研究进展

全氟化合物的污染已成为全球性的环境问题.随着全氟辛基磺酸的限制使用,全氟和多氟烷基化合物替代物的种类和数量不断增加.在大量生产和使用过程中,这些氟化物不可避免地通过直接的使用和排放或间接的转化过程进入到环境和生物体中,因而新型全氟和多氟烷基化合物的环境发现、赋存与迁移行为及潜在的生物学效应研究已成为全氟污染物研究的热点.本文对目前从环境介质中发现的新型全氟和多氟烷基化合物的种类、行为及未知全氟和多氟烷基化合物组分的鉴别方法进行了总结,并对可能的分析技术方法进行了展望.     

光学纯机械面手性轮烷及面手性大环化合物合成研究进展

近年来,面手性逐渐引起了多个领域科学家的关注.面手性结构单元广泛存在于多种活性天然产物和药物分子中,如机械平面手性轮烷和平面手性大环化合物.这两类结构在分子机器、分子识别、不对称催化以及药物研发等多个领域展示出了重要的应用价值.然而,由于机械平面手性轮烷和平面手性大环化合物的结构复杂性,合成这两类化合物仍然面临着较大挑战,且合成方法相对较少.因此,研究高效制备上述两类面手性化合物的新策略是非常有价值的研究方向.目前,合成化学家已发展了手性色谱分离技术、手性源诱导、过渡金属或酶催化的不对称环化反应等制备面手性化合物的策略.本文综述了制备光学纯机械面手性轮烷和面手性大环两类结构的研究进展,旨在启发从事相关领域的合成化学家发展更多高效合成面手性结构的新策略,从而为高效构筑机械平面手性轮烷化合物和平面手性大环化合物提供借鉴.     

纳米生物效应与安全性研究展望

当物质达到纳米尺度时,会具有一些特殊的物理化学性质,如量子尺寸效应、表面效应以及宏观量子隧道效应等.即使化学组成相同,纳米物质的生物学效应也可能不同于微米尺寸以上的常规物质.因此,根据常规宏观物质研究所得到的生物学效应与安全性评价结果,可能并不适用于纳米物质.自2003年Science发表文章关注纳米生物效应与毒理学效应之后,各国政府先后启动了对纳米生物效应的研究,并且支持力度不断增加.我国是世界上较早开展纳米生物效应与安全性研究的国家之一,研究工作在国际上产生了重要影响.国家纳米科学中心与中国科学院高能物理研究所共同建立的"中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室",作为我国第一个也是国际上少有的以纳米材料生物效应与安全性为研究方向的专业实验室,在了解纳米材料的基本性质-活性关系的基础上,对更深层次的理化效应展开了深入的研究,并建立了适用于纳米生物效应与安全性评价的多层次模型,发展了高灵敏、高分辨率的适用于纳米生物效应和安全性评价的实验技术和研究方法,为保证纳米科技的可持续发展做出了重要的贡献.本文综述了本实验室近年来在纳米生物效应与安全性领域的研究进展.     

EuO的非相对论与相对论非局域密度泛函计算

稀土化学研究一直是实验和理论化学家感兴趣的课题.理论计算由于必须考虑相对论效应和相关能校正而变得非常复杂,迄今为止对稀土化合物的精确理论计算还相当少.人们相继发展了多种相对论计算方法,其中相对论膺势法和相对论密度泛函方法是用于含重元素体系精确计算的最有效方法.密度泛函方法已成功地用于计算小分子、过渡金属络合物的结构常数、解离能、振动频率等性质,但还未用于稀土化合物的精确计算.我们用高精度的高斯数值积分方法和成熟的密度泛函非局域交换-相关势建立了一个非相对论与完全相对论密度泛函高精度计算程序(NR/R-DFT),并用Ziegler的广义过渡态法使总能量计算精度达到8位有效数字,满足一般量子化学计算的要求.本文报道EuO的理论势能曲线和由此得到的分子常数,并讨论相对论效应对分子常数的影响.     

有机污染物在鱼体内临界浓度研究进展

临界浓度反映的是有机污染物对生物体的体内毒性效应,是评价有机污染物对水生生物毒性的一个重要指标,对水生环境风险评价具有重要的意义.本文根据目前国内外在该领域的研究现状和本课题组的研究成果,系统地总结了有机污染物在鱼体内临界浓度的计算方法,不同毒性作用模式下的临界浓度、生物富集因子与临界浓度的关系以及影响临界浓度的因素.目前研究结果表明,麻醉型化合物在鱼体内临界浓度在较窄一个范围内变化,趋近于常数,非极性麻醉型化合物的临界浓度要高于极性麻醉型,反应型化合物的临界浓度低于麻醉型化合物;有机污染物在鱼体内的临界浓度与生物富集过程密切相关;生物富集因子与疏水性的关系,生物有机体的大小、脂含量,化合物的暴露时间,代谢转化及毒性数据测定的准确性都会对临界浓度的测定或计算产生影响.