基于雌激素β受体结构雌激素类化合物的三维定量结构-活性关系与分子对接研究

雌激素类化合物由于其对人和野生动物健康的负面影响而受到广泛关注.雌激素受体存在α和β两种亚型,由于雌激素β受体(ERβ)与α受体(ERα)两者结合腔中的氨基酸序列存在明显差异,因此配体化合物在与雌激素β受体和α受体的结合活性和模式上也可能存在较大差别.本文以50个与雌激素β受体结合的化合物为研究对象,应用比较分子相似性指数分析(COMSIA)的三维定量结构-活性关系(3D-QSAR)分析方法研究化合物结构与活性之间的关系,比较了原子契合和基于受体结构两种分子叠合方式对模型质量的影响,建立了相关性显著、预测能力强的定量活性预测模型(R2=0.961,qL2OO=0.671,RP2red=0.722),并结合分子对接方法揭示了影响化合物活性的分子结构特征和分子机理.

芳香族硝基化合物自加速分解温度的定量结构-性质关系

针对芳香族硝基化合物生产、运输以及储存过程中引发的重特大燃爆事故,采用试验及模型计算等方式对其自加速分解温度(SADT)进行获取,并提出一种基于定量结构-性质关系(QSPR)的理论预测方法。通过绝热加速量热试验获取18种芳香族硝基化合物的热力学和动力学参数,以此计算得到25 kg标准包装下物质的自加速分解温度。应用多元线性回归(MLR)和人工神经网络(ANN)等机器学习方法分别构建相应的预测模型,最终验证并比较两种模型的拟合能力、鲁棒性和预测能力。结果表明:芳香族硝基化合物对应MLR模型和ANN模型的相关系数分别为0.893和0.975,ANN模型在匹配度方面明显优于MLR模型。

多氯联苯的定量结构-性质(活性)关系

多氯联苯(PCBs)是一类重要的持久性环境污染物.首先对所有209个PCB分子进行了HF/6-31G水平上的结构优化,在优化结构上获得了分子的表面静电势分布,并在此基础上对其统计导出的参数进行了计算.其后,运用多元线性回归方法对PCBs的水溶性、正辛醇/水分配系数、正辛醇/空气分配系数、土壤吸附性、水溶液活度系数、298K超冷流体蒸汽压、总分子表面积、色谱保留指数、升华焓、蒸发焓、熔融焓、PCB结合芳烃受体活性数据、生物降解度以及生物降解速率参数等理化性质和生物活性与分子的结构参数进行了关联.结果表明:分子静电势参数结合分子表面积和常规的量子化学参数可以很好地用于表达多氯联苯分子理化性质和生物活性与其分子结构间的定量关系.

三维原子场全息作用矢量用于7位取代20(S)-喜树碱衍生物的抗肿瘤活性定量构效关系研究

研究了25种7位取代20(S)-喜树碱衍生物的化学结构与其抗肿瘤活性的定量构效关系。采用新近提出的三维原子场全息作用矢量,对喜树碱类衍生物进行了结构参数化表达,采用逐步回归对变量进行筛选后,建立了定量构效关系模型。模型的复相关系数和标准偏差以及留一法交互校验的复相关系数和标准偏差分别为R=0.962 5,SD=0.290 1和RCV=0.908 7,SDCV=0.446 2。模型具有良好的稳定性和预测能力,证明了该三维原子场全息作用矢量在分子结构表征和生物活性预测上的适用性。

定量结构-性质/活性关系在分析和环境化学中的进展及应用

定量结构-性质/活性关系(QSPR/QSAR)是目前国际上一个比较活跃的研究领域。该方法将理论计算方法和各种统计分析工具相结合,研究系列化合物的结构与其生物活性和各种物理化学性质之间的定量函数关系。QSPR/QSAR不仅可以建立预测化合物的各种理化性质以及生物活性的理论模型,而且可以发现和确定对化合物的各种性质起决定作用的结构因素,从而在分子水平上了解物质的微观结构对各种宏观性质的影响,该研究方法已在很多领域得到了广泛应用。本文简要介绍了定量构效关系的发展历史及其在分析化学和环境化学中的应用研究。

含α,β-不饱和羰基结构化合物的定量结构-活性关系研究

计算表征含α,β-不饱和羰基结构系列化合物的8个分子连接性指数和5个量子化学参数,用遗传算法对参数进行了优化筛选,获得了含α,β-不饱和羰基结构系列化合物的定量结构与抑制大肠杆菌的最低抑菌浓度(MIC)和抗菌半衰期(t0.5)间的关系模型。结果表明:与最低抑菌浓度显著相关的变量是最高占有轨道能量、最低空轨道能量与最高占有轨道能量差、3阶簇指数、4阶路径/簇指数,而且最高前沿占有轨道能量和4阶路径/簇指数对lg1/MIC均有正的贡献,而前沿轨道能差和3阶簇指数对抗菌作用强度有微小的负贡献;和半衰期显著相关的变量是最低空轨道能量、最低空轨道能量与最高占有轨道能量差、5阶路径指数、和4阶路径/簇指数,而且抗菌半衰期随5阶路径指数、4阶路径/簇指数以及最低空轨道能量与最高占有轨道能量差的增大而增大,而随最低空轨道能量的增加而减小。

结构-性质定量关系方法用于驱油用表面活性剂分子设计中亲水亲油平衡值的研究

利用结构-性质定量关系方法研究了多种结构表面活性剂的亲水亲油平衡(HLB)值,得到了相关性显著(R2=0.986 5,F=991.37,S2=2.499 1)的五参数线性模型。在构建的HLB值模型中,既有反映疏水烷烃链碳原子数目的局部结构描述符(l-NC)以及形状与尺寸的局部拓扑描述符(l-KSI3),还有反映亲水基团离子性质的静电描述符(MPCO)和分子极性本质的极化参数(PP),此外还引入了量子化学描述符(MVC),从本质上揭示了影响表面活性剂亲水亲油平衡的众多结构因素,提高了表面活性剂HLB值预测能力的准确性。结合三次采油用表面活性剂的要求,从表面活性剂分子结构因素的调控出发,提出了驱油用表面活性剂分子设计的依据。

氯代苯酚类衍生物对水生物发光细菌的定量结构-活性关系研究

应用PM3量子化学方法和分子连接性指数拓扑理论 ,进行了氯代苯酚类化合物对水生物发光细菌的半致死量之间的定量结构 -活性相关 (QSAR)研究 .QSAR模型表明 ,化合物分子体积效应对毒物靶分子的作用呈一定的相关性 ,体现在其与 IXV 和分子的平均极化率α呈正相关性 ,而与分子的最低空轨道ELUMO 呈负相关性 .所得的最显著的相关模型为-logEC50 =- 1.82 5 32 + 0 .0 4 678α .

双酚A类似物雌激素干扰效应的定量结构-活性关系模型

由于双酚A(BPA)具有内分泌干扰等毒性效应,有些国家已经开始限制其在部分工业品生产中使用。一些双酚A类似物因用于替代BPA而被大量使用。因其与双酚A具有相似的分子结构,双酚A类似物是否也具有内分泌干扰等毒性效应受到越来越多的关注。采用逐步多元线性回归(MLR)方法,构建了可预测双酚A类似物雌激素效应的定量结构-活性关系模型。模型的决定系数R^2=0.899,去一法交叉验证系数Q_(LOO)~2=0.868,Bootstrapping验证系数Q_(BOOT)~2=0.755,均方根误差RMSE=0.339,表明模型具有较好的拟合优度、稳健性;验证集决定系数Q_(EXT)~2=0.921,外部验证系数Q_(EXT)~2=0.810,均方根误差RMSE=0.638,表明模型具有较好的预测能力。采用欧几里德距离方法和Wil iams图表征了模型应用域,依据分子描述符对模型进行了机理解释,并用所建模型,填补了22种其他双酚A类似物缺失的雌激素干扰效应数据。

结合三维静电势参数研究二取代苯的定量结构-疏水性关系

对含有常见取代基的92个二取代苯化合物进行了结构优化和静电势及其导出参数的计算,运用多元线性回归方法对化合物的疏水常数与分子的结构参数进行了关联.结果表明,分子表面负静电势的加和ΣV-S、分子空间内最负的静电势Vmin、表面最大静电势Vs,max以及分子体积V、极性表面积APS和分子的偶极密度μ/V这六个参数,可以很好地用于表达这些化合物疏水性与分子结构间的定量关系,而不用具体考虑分子中极性基团间的相互作用.用建立起来的QSPR(quantitativestructure-propertyrelationship)关系式对111个类似化合物的疏水性进行了预测,获得了满意的结果.

含α,β-不饱和羰基结构抗菌剂的定量结构-活性关系研究

以最低抑菌浓度和半衰期为指标研究了 17种含α ,β 不饱和羰基结构的抗菌剂的抗菌活性 ,以化合物的分子连接性指数为自变量 ,利用多元逐步回归统计分析方法进行了定量结构 -活性关系 (QSAR)的深入探讨。结果表明 ,影响MIC值和半衰期的主要结构参数是4 Хν 和 4Хpcν,3 Хcν 和4 Хpcν 则是半衰期的主要影响因素 ,实验得出的方程能较好地预测此类化合物的抗菌活性。

应用分子图形学、分子力学、量子化学及静电势研究农药分子结构与性能关系(ΧⅢ)──用比较分子力场方法研究4-肟醚基喹唑啉类化合物的结构与抗烟草花叶病毒活性的三维构效关系

应用比较分子力场分析 (Co MFA)方法研究 4 -肟醚基喹唑啉类化合物抗烟草花叶病毒活性的三维构效关系 (3 D-QSAR) ,引入分子的摩尔折射率 (MR)和偶极矩 (DIPOLE)分别作为 Co MFA的第三和第四个场 .在此基础上进行偏最小二乘 (PLS)分析 :交叉验证 (leave-one-out)结果为 r2cv=0 .4 43 ,非交叉验证 (novalidation)结果为 r2 =0 .93 2 ,说明所建立的模型有较好的可靠性 ,并且在三维等值线图的基础上得到了一个此类化合物的模拟作用模型 。

有机磷酸酯类化合物的定量结构-活性关系及稳健性分析

应用理论线性溶剂化能关系(TLSER)模型研究了35种有机磷酸酯类(OP)化合物的结构及其对家蝇急性毒性之间的关系,得到了可以指示毒性作用机理的定量结构-活性关系.在OP化合物与生物体的作用过程中,分子的极性是影响活性的最重要因素,表明OP化合物可能与生物体发生特异性反应.采用Bootstrap方法分析模型的稳健性,结果表明,模型的系数、标准误差及相关系数均与Bootstrap估计接近,模型具有较强的稳健性.

人工神经网络用于三苯基丙烯腈衍生物的定量结构-活性关系模型

采用人工神经网络(ANN)BP算法探讨了24个三苯基丙烯睛衍生物的lg1/C(C为半致死浓度)与X位羟基指示数I、分子表面积SA和B环上原子净电荷之和QB之间的关系,以20个样本为训练集建立了定量结构-活性关系(QSAR)模型,其相关系数和标准偏差分别为R=0.9969和SD=0.0164,其余4个样本为测试集,得到R=0.9913和SD=0.1533;用多元线性回归(MLR)方法建立的QSAR模型R=0.9360,SD=0.3779。结果表明,ANN方法具有良好的预测能力,比MLR方法更精密。

用氯苯及取代酚研究大鳞副泥鳅急性毒性的定量结构-活性关系

研究了氯苄及取代酚对大鳞副泥鳅鱼苗的急性毒性及其定量结构—活性关系。由正辛醇／水的分配系数所表达的疏水性参数（ｐ）与泥鳅鱼苗的急性毒性之间有明显的相关性，取代酚的相关系数ｒ２＝０．９１９６，氯酚的ｒ２＝０．９７８６，因此，用人工催产的鱼苗可以用作研究ＱＳＡＲ的材料。

喹诺酮药物的定量结构-活性关系

喹诺酮类抗菌素是一类重要的抗菌药物.本文对32个喹诺酮类分子进行了HF/6-31G*水平的结构优化,在优化结构上获得了分子的表面静电势分布,并在此基础上对其统计导出的参数进行了计算,同时计算了反映三维信息的3D-Morse参数,其后,运用多元线性回归方法对喹诺酮分子抑制金黄色葡萄球菌DNA促旋酶(QR-gy-rase)活性、人类Ⅱ型拓扑异构酶(TOPO-Ⅱ)的抑制活性、以及二者抑制活性之差与分子的结构参数进行了关联.结果表明:分子静电势参数结合三维3D-Morse参数可以很好地用于喹诺酮类化合物抑制DNA促旋酶、TOPO-Ⅱ活性与分子结构间的定量关系,并能有效地区分抑制两种酶的活性;同时结合3D-Morse参数的静电势参数被成功应用到定量结构-活性关系研究中.

多溴联苯醚生物富集系数的定量结构-活性关系

在B3LYP/6-31G*水平上,运用Gaussian 03对多溴联苯醚(polybrominated diphenyl ethers,PBDEs)分子进行结构优化.采用偏最小二乘法(partial least squares,PLS)对PBDEs的生物富集系数(bioconcentration factor,BCF)与分子结构参数进行关联.结果表明:BCF结合苯环上溴原子的取代个数(NBr)可以较好地表达PBDEs的理化性质与其分子结构间的定量关系;log(BCF-NBr)优化后模型的相关系数R2Y(cum)为0.980,累积交叉有效性判别系数Q2cum为0.921,该模型具有较高的拟合精度和良好预测能力;分子总能量ET和电子运动空间广度Re对PBDEs的BCF有着重要制约作用;具有较低ET、较大Re的PBDEs呈现出较低的BCF.

取代苯甲醛衍生物的定量结构-活性关系(QSAR)研究

本文研究了反应性化合物取代苯甲醛衍生物对大型蚤(Daphnia magna)的48h急性毒性,建立了定量结构-活性关系模型,探讨了其毒性作用机制,发现其毒性主要取决于笨环上取代基的Hammett电效应常数.

人工神经网络用于异噻唑啉酮的定量结构-活性关系研究

采用误差反传前向人工神经网络(artificial neural network,ANN)建立了21种2-(4-取代-苯基)-3-异噻唑啉酮类化合物的结构与其抗菌活性之间的定量关系模型(ANN模型),以21种3-异噻唑啉酮类化合物的量子化学参数和拓扑指数作为输入、抗菌活性作为输出,所构建网络模型的交叉检验相关系数为0.991 6、标准偏差为0.080 1、残差绝对值≤0.221,应用于外部预测集,预测集相关系数为0.973 1;而多元线性回归(multiple linearregression,MLR)法模型的相关系数为0.841 8、标准偏差为0.303 9、残差绝对值≤0.636。结果表明,ANN模型获得了比MLR模型更好的拟合效果。