香草酸与多酚氧化酶相互作用机制研究及新型指纹谱构建

生物大分子与小分子之间的相互作用机制研究是当今各个学科领域的前沿和热点,不仅有利于进一步认识大分子的结构和功能,还能进一步获得检测生物大分子或小分子的新途径．本研究将中药材特征指纹图谱应用于植物多酚氧化酶(polyphenol oxidase, PPO)与植物体内活性成分香草酸(vanillic acid, VA)的具体相互作用机制的研究,采用光谱实验法结合分子模拟技术,分析VA与PPO的相互作用机制,并构建其三维相互作用指纹谱．光谱实验结果显示,VA增强了PPO的荧光强度. 维持VA-PPO体系的相互作用力主要为疏水作用,VA与PPO的结合距离r值为2.48 nm,发生了非辐射能量转移．由光谱实验数据构建的λ-UV-F新型指纹图谱,系统地反映了活性分子VA与PPO之间相互作用特征．分子模拟结果精确显示了VA与PPO的结合位域与结合作用力,表明维持VA与PPO的相互作用力主要为疏水作用和氢键(位于氨基酸残基 Met258, His88, His109, His240, His244和His274位)．计算机模拟与光谱学实验结果一致,并成功构建了VA-PPO相互作用特征关系的新型指纹图谱．     

光谱及分子模拟法对HSA和BSA与酪氨酸激酶抑制剂Imatinib相互作用的比较分析

研究一种酪氨酸激酶抑制剂（tyrosine kinase inhibitor, TKI）伊马替尼（imatinib, IMA）与人血清清蛋白（HSA）及牛血清清蛋白（BSA）的相互作用,比较分析HSA和BSA与IMA相互作用机制的差异. 模拟生理条件下,计算机模拟技术结合荧光光谱和紫外光谱法,研究IMA与蛋白质的作用机制. 分子模建IMA与血清清蛋白的结合模型,表明伊马替尼与蛋白质的相互作用力为疏水作用力,兼有氢键作用. 光谱结果表明,IMA与HSA和BSA的相互作用表现为静态结合过程,结合强度较强,IMA与HSA和BSA分子的结合距离r值较小,说明发生了能量转移现象. IMA对HSA和BSA的结构域微区构象产生影响,使结合位域的疏水性发生改变. 荧光相图技术解析出IMA与HSA和BSA反应构象型态的变迁为“二态”模型. HSA与IMA相互作用的热力学参数表明,IMA与HSA之间是以疏水作用为主的分子间作用,而IMA与BSA之间的作用力为氢键和范德华力,兼有少量的疏水作用力. 光谱实验与计算机模拟结果基本一致,可为研究IMA与HSA和BSA相互作用本质提供一定参考.     

厄他培南与人血清清蛋白体外相互作用的理化特性

研究新型碳青霉烯类抗菌素厄他培南（ertapenem, ERT）与人血清清蛋白（human serum albumin,HSA）的体外相互作用的物理化学特性。模拟生理条件下,计算机模拟技术结合荧光光谱和紫外光谱,研究ERT与HSA相互作用机制,荧光光谱实验中,Kq 值远大于2.0×1010 L·(mol·s)-1,ERT对HSA荧光猝灭的Stern-Volmer 曲线有良好的线性关系,表明ERT与HSA的相互作用表现为静态结合过程。HSA的最大发射波长发生轻微红移,说明HSA的微环境发生了改变。ERT与HSA的分子结合距离r值较小,说明发生能量转移现象。同步荧光技术解析出ERT对HSA的结构域微区构象产生影响,使色氨酸残基周围的微区构象及结合位域的疏水性发生改变。荧光相图技术解析出ERT与HSA相互反应呈线性,说明HSA构象型态的变迁为“二态”模型。HSA与ERT相互作用的热力学参数及分子模拟技术建立ERT-HSA结合模型,表明ERT与HSA的相互作用力主要是疏水作用力,兼有氢键作用力的存在。荧光偏振定量证明,HSA与ERT相互作用过程中生成了非共价复合物。光谱实验与计算机模拟结果基本一致,其结果可为研究ERT与HSA相互作用本质提供一定参考。     

血清白蛋白与酪胺分子的体外相互作用分析

利用毛细管电泳 (capillary electrophoresis, CE)建立牛血清白蛋白(bovine serum albumin, BSA)-酪胺(tyramine, TA)分子作用机制的分析方法,构建TA-BSA相互作用模型,并研究其相互作用机理. 生理条件下,采用HD法(Hummel-Dreyer, HD),前沿分析法(frontal analysis, FA)和空峰法(vacant peak, VP)研究TA与BSA的结合机制,构建TA-BSA理论模型,获取TA和BSA相互作用参数,分析理论模型的适用度. 通过分子模拟,构建TA与BSA的结合模型,考察TA的BSA结合机制. 结果表明,HD法和VP法均适用于分析TA-BSA体系的相互作用,VP法最优. 模型适用度分析得出双对数方程最适合模拟TA-BSA相互作用,TA与BSA结合强度较弱,且只有单一类型的结合位点. 构建的TA与BSA结合模型表明,TA与BSA的相互作用力主要是氢键和范德华力,兼有疏水作用力. 本文结果可为分析生物胺-蛋白质分子作用机制研究提供有意义的参考.     

胡椒碱分子键合人血清白蛋白位点的表征

利用荧光光谱法、紫外光谱法并结合计算机模拟技术在分子水平上研究了胡椒碱与人血清白蛋白(human serum albumin HSA)的键合作用.同步荧光及紫外光谱图表明,胡椒碱对HSA微环境有影响.位点竞争试验证明,胡椒碱分子键合在HSA的位点Ⅱ区.通过荧光光谱滴定数据求得不同温度下(300K 310K和318 K)药物与蛋白相互作用的结合常数及结合位点数.分子模拟的结果显示了胡椒碱与HSA的键合区域和键合模式,表明药物与蛋白有较强的键合作用;维持药物与蛋白质的相互作用力主要是疏水用,兼有氢键(位于氨基酸残基Arg 257,Arg 222及Arg218位).通过实验数据计算得到的热力学参数(ΔH0与ΔS0的值分别为原33.11 kJ·mol-1和原18.90 J·mol原1·K-1)确定了胡椒碱与HSA分子的相互作用力类型主要为氢键兼范德华力.     

配基理性设计技术及其应用进展

配基是指能与受体发生特异性结合的分子,其中配基与受体的结合部位称为受体腔;某些配基与生物大分子的特定位置结合后,可导致整个分子构象改变从而产生或抑制其生理活性,该结合部位称为活性位点.配基一般通过多种作用力类型(如范德华相互作用、静电相互作用、氢键和疏水相互作用等)与受体特异性结合.早期配基的发现和设计主要基于经验和感性认识,近年来随着计算机软硬件技术的飞速发展,配基理性设计技术得到了广泛应用.     

基于生物信息学的抑癌基因NDRG2相互作用蛋白预测及验证

NDRG2(N Myc downstream regulator gene 2)是NDRG 家族成员之一. 以往研究表明,该家族与细胞的增殖和分化有关. 而该分子参与的细胞信号通路及调节机制尚未阐明. 本研究利用保守蛋白间相互作用（interologs）的生物信息学方法预测NDRG2相互作用分子,并通过免疫共沉淀（Co-IP）及His pull-down蛋白体外结合实验方法对预测结果进行验证. 生物信息学软件预测和分析结果表明,细胞中存在多个可能与NDRG2发生相互作用分子.结合文献报道,从中选取了3个候选分子Gnb1、 Rgs16及 Rgs5进行分子生物学实验验证.Co-IP及His pull-down实验结果表明,3个候选分子中,Rgs5蛋白能够和NDRG2蛋白相互作用,而其它2个候选分子与NDRG2的相互作用未获得实验室方法的验证.研究结果表明,生物信息学分析与实验室验证相结合是一种高效省时的蛋白质相互作用研究策略.通过这种策略证实NDRG2可以与 Rgs5蛋白相互作用,为后续NDRG2功能的研究提供了有效的线索.     

光谱和微量热法分析柑橘苷与BSA分子间作用及构建其理论模型

光谱和微量热法分析柑橘苷(naringin,NAR)与牛血清白蛋白（bovine serum albumin, BSA）分子间作用,构建NAR与BSA分子间作用的理论模型。采用紫外-荧光光谱法解析Fōrster方程求得NAR与BSA分子间作用及分子间作用的临界距离r,等温滴定微量热技术测定NAR与BSA分子间作用的积分量热曲线,获得Δ H并通过Gibbs-Helmholtz方程获取Δ S和Δ G。基于光谱和微量热辅助分析,构建NAR与BSA分子间作用的理论模型。结果表明,光谱法测出NAR与BSA发生分子间作用,NAR与BSA分子间作用的临界距离为2.06 nm,表明NAR与BSA分子间作用为短程分子间作用。微量热法成功测定出NAR与BSA分子间的热力学参数Δ H<0,Δ S>0,Δ G<0,说明NAR与BSA分子间作用是自发进行的放热相互作用。依据Ross理论分析NAR与BSA分子间作用力主要是疏水作用力和静电作用力。模型构建结果说明,NAR与BSA分子间作用主要发生在BSA的domain IIA区域,NAR与BSA分子间作用力主要是静电作用力,兼有范德华作用力和氢键。实验与理论模型构建结果基本一致。本研究工作可为深入了解蛋白质与大分子化合物间的作用以及研究微观药理学机制提供有益的参考。     

氨基酸的亲、疏水性研究 Ⅰ.各种氨基酸及其残基的疏水性标度

蛋白质由20种氨基酸组成.它们的亲、疏水性的相互作用是维持蛋白质三级结构最重要的作用力之一.有些变性的蛋白质(即随机松散分布的多肽链)能够自动地重新折叠起来,成为具有生物活性、高度有序的天然构象,就是疏水基起着关键作用.因此,研究各种氨基酸侧链亲水性或疏水性的大小及其相互作用(该方面的工作是七十年代才开展起来的),对于深入了解蛋白质、核酸等生物大分子的结构与功能,具有重要意义. 一、疏水性的定义一般来说,基团的疏水性与其极性呈正比.     

小分子有机化合物与DC-SIGN相互作用的荧光光谱分析

采用实验和理论化学研究相结合的方法研究分子间相互作用,这种在计算机上进行“模拟实验”与传统“有机化学实验”相辅相成的研究策略,正在成为有机化学研究的重要手段.本论文利用荧光光谱分析法来研究小分子有机化合物与蛋白底物之间的相互作用机制.利用先进的分子模拟软件,结合分子力学、量子力学和神经网络等方法与分子对接等理论化学手段,建立和优化相互作用的分子间形成复合物的空间构象,并且预测分子间相互作用的稳定性.用荧光光谱分析法对12种小分子有机化合物与DC-SIGN(DC-specific ICAM-3 grabbing nonintegrin)之间的相互作用进行了研究,结果与理论分子模型计算十分吻合.在这12种化合物中,1-脲基氨基甘露糖与DC-SIGN络合的效果最好.这一发现可能对研究新一代抗艾滋病药物有重要意义.     

纷乱中的秩序——浅谈细胞中分子的结构和相互作用

细胞中的各种分子以极高的速度向各个方向运动并以极高的频率彼此碰撞。然而在这种纷乱的环境中,细胞中的各种细微结构和生物大分子的三维结构不但能够形成并且能很好地维持,使细胞中的各种生理活动得以有条不紊地进行。形成这些有序结构的力是电荷之间的相互作用力,这些作用力又分为性质不同的2种:亲水作用力(相对固定的电荷之间"点对点"的电荷相互作用)和亲脂作用力(相对弥散、动态和"面对面"的电荷相互作用)。这2种作用力互相配合,是形成高度有序的细胞和分子结构的基础。     

氨基酸的亲、疏水性研究 Ⅰ.各种氨基酸及其残基的疏水性标度

蛋白质由20种氨基酸组成。它们的亲、疏水性的相互作用是维持蛋白质三级结构最重要的作用力之一。有些变性的蛋白质(即随机松散分布的多肽链)能够自动地重新折叠起来,成为具有生物活性、高度有序的天然构象,就是疏水基起着关键作用。因此,研究各种氨基酸侧链亲水性或疏水性的大小及其相互作用(该方面的工作是七十年代才开展起来的),对于深入了解蛋白质、核酸等生物大分子的结构与功能,具有重要意义。     

HPV16/18 E6蛋白与小分子抑制剂RITA和姜黄素的结合模式研究

持续感染高危型人乳头瘤病毒(human papilloma virus, HPV)会导致宫颈上皮细胞的细胞周期发生变化和免疫逃逸,最终导致宫颈癌。高危型HPV病毒的E6蛋白对抑癌蛋白p53的泛素化降解可被小分子化合物RITA (reactivation of p53 and induction of tumor cell apoptosis)和姜黄素抑制,使HPV阳性细胞被抑制的凋亡功能得以恢复,但这一现象的分子机制尚未得到阐释。本文选择HPV16和HPV18两种高危亚型,采用同源建模、分子对接和分子动力学模拟等方法,对其E6蛋白与RITA和姜黄素的结合模式进行研究。结果显示,在HPV16/18 E6蛋白41～49残基形成的疏水沟槽, RITA和姜黄素具有一致的构象和相似的结合模式,组成疏水沟槽的苯丙氨酸残基和小分子抑制剂的芳环通过疏水作用和π-π相互作用在维持复合物构象中起重要作用。这一结果表明高危型HPV E6蛋白具有作为药物靶点的可行性,为宫颈癌特异性小分子治疗药物的研究和设计提供了理论指导。     

香菇中麦角钙化甾醇含量的测定及其在人体内的传输机制

在阳光照射和自然阴干两种干燥方式下,测定了香菇中麦角钙化甾醇的含量。在不同实验条件下,测定了麦角甾醇转化为麦角钙化甾醇的转化率。在模拟生理条件下,通过荧光光谱、同步荧光光谱、三维荧光光谱、位点竞争实验、紫外可见吸收光谱和分子对接方法对麦角钙化甾醇与人血清白蛋白相互作用过程中的机制和构象变化进行了系统研究,从而揭示了麦角钙化甾醇在体内的传输机制。结果表明,阳光照射能够提高香菇中麦角钙化甾醇含量。麦角甾醇在溶液状态下经过紫外光照射4h,麦角甾醇转化为麦角钙化甾醇的转化率为21%。荧光光谱表明麦角钙化甾醇通过静态猝灭机制猝灭人血清白蛋白的内源荧光。在288K时有利于麦角钙化甾醇与人血清白蛋白的结合,在较高温度下麦角钙化甾醇不能与人血清白蛋白结合。热力学参数分析和分子对接结果表明,疏水作用、氢键和范德华力是结合过程中的主要作用力。位点竞争实验和同步荧光光谱表明位点I是麦角钙化甾醇和人血清白蛋白相互作用的主要结合位点。结合过程中能够发生能量转移,结合距离是3.46nm。结合过程轻微地改变人血清白蛋白的结构和微环境。     

小檗碱与胰蛋白酶的相互作用

小檗碱对胰蛋白酶有抑制作用.应用紫外光谱和荧光光谱进一步研究发现小檗碱使胰蛋白酶的紫外吸收光谱发生改变,特征荧光峰产生静态淬灭.据Forster非辐射能量转移理论,在20和37℃时,测定了小檗碱-胰蛋白酶间的结合常数和结合位点数,确定了作用力主要为疏水作用力.     

基于密度泛函理论方法的核酸碱基拉曼光谱研究

核酸碱基是核酸的重要组成部分,而拉曼光谱是研究分子结构的一种重要技术,利用拉曼光谱对核酸碱基分子进行研究对于研究核酸大分子的结构变化,以及核酸分子与小分子之间的作用具有重要的意义.本研究以表征核酸碱基的拉曼光谱为目的,利用密度泛函理论(density functional theory,DFT)的方法优化腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶的分子结构,对这5种核酸碱基的分子内化学键振动进行了量化计算并获得了理论拉曼光谱结果.利用计算结果对实验获得的碱基的固体拉曼光谱进行了表征,并且结合前人的研究结果对每种碱基的一些重要特征拉曼谱峰进行了细致的阐释,为进一步利用拉曼光谱研究核酸分子的结构信息奠定了理论基础.     

小分子物质与适配体的相互作用规律

经过近30年的发展,核酸适配体已逐渐成为生物、医药、材料、物理等众多学科领域关注的热点之一。小分子物质的痕量检测也在各个领域中意义重大,故有必要了解小分子与适配体的作用方式及规律。从小分子物质的分类出发,归纳整理小分子物质与适配体的作用规律,阐述现有小分子与核酸相互作用的研究方法,并探讨不同靶标分子与适配体相互作用的类型。研究发现适配体链段倾向于"缠绕"靶标小分子,使其"镶嵌"于核酸结构中。小分子化合物往往利用氢键结合适配体,两者间还存在疏水和静电相互作用。金属类靶标分子则与适配体的嘧啶基团上带负电的部分结合。分类整合小分子与适配体的作用方式及结合位点,以期为小分子适配体的发展起到一定的借鉴意义和指导作用。     

基于TP-M13-SSR指纹图谱的中国原产苹果属植物分子身份证的建立

利用TP-M13-SSR分子标记方法,构建27份中国原产苹果属植物在12个SSR位点的指纹图谱,运用条码技术生成其分子身份证。12对引物共获得251个等位基因,平均21个。引物多态性好,仅用引物CH05b06即可区分全部供试材料。27份苹果材料在12个SSR位点遗传多样性、多态性信息含量和位点杂合度的变化范围为0.6620～0.9455、0.6327～0.9211和0.6538～0.9319。基于CH05b06位点处获得的指纹谱图即可得到每份供试材料独有的分子身份证。TP-M13-SSR分子标记技术适用于苹果属植物种质资源的指纹图谱构建,利于分子基础数据库的积累。基于苹果种质资源TP-M13-SSR指纹图谱可获得每份苹果种质资源独有的分子身份证。     

紫外指纹图谱结合化学计量学对黄精基原植物的鉴别

运用紫外光谱技术结合化学计量学,建立快速鉴别不同基原黄精的方法。通过单因素实验确定黄精最佳提取溶剂、时间和用量,制备测试液,采用紫外光谱技术建立3种基原黄精的紫外指纹图谱,光谱数据转化后进行主成分(PCA)和系统聚类分析(HCA)。该方法重现性、精密度、稳定性较好,结果表明不同种类黄精紫外指纹图谱具有指纹特性,3种基原植物黄精紫外光谱图在210 nm、220 nm、280 nm附近差异明显;聚类分析和主成分分析三维投影图反映出不同种类黄精的化学成分积累具有差异,能较好地区分滇黄精(Polygonatumkingianum)、黄精(P.sibiricum)与多花黄精(P.cyrtonema)。紫外光谱结合化学计量学能快速鉴别不同种类黄精,可作为黄精的鉴别和质量控制新方法,为黄精临床应用、资源开发及黄精属植物分类提供辅助方法。     

秋水仙碱与胰蛋白酶相互作用的光谱性质研究

采用紫外光谱法和荧光光谱法研究了秋水仙碱与牛胰蛋白酶的相互作用。观测到秋水仙碱使胰蛋白酶的特征荧光峰猝灭。SternVolmer猝灭曲线显示,秋水仙碱对胰蛋白酶的荧光猝灭机制属于静态猝灭,猝灭常数Kq为6.60×1012(mol/L)1·s1;秋水仙碱与胰蛋白酶的结合常数为1.06×104L·mol1,结合位点数为1,作用力类型主要为疏水作用力。