A型肉毒毒素抑制剂的分子全息定量构效关系研究

目的:建立A型肉毒毒素抑制剂的定量构效关系模型。方法:应用分子全息定量构效关系(HQSAR)技术,研究了14种A型肉毒毒素抑制剂的抑制活性与其二维分子结构之间的关系,讨论了碎片区分参数及碎片长度对模型质量的影响。结果:最佳全息条件下产生的模型相关系数r2为0.780,交叉验证相关系数q2LOO为0.583。所建模型具有良好的拟和效果和较高的预测能力,HQSAR模型贡献图显示抑制剂分子中的噻吩环及羟胺对活性有较大贡献。结论:本研究对新抑制剂的设计具有一定的指导作用。

植物精油成分气相色谱保留指数的全息定量构效关系

气相色谱保留指数(RI)是色谱分析中的重要参数,但通过实验获取RI值的过程较为繁琐,需要建立一种简便、高效、准确的模型来预测RI值。本文搜集了60种植物精油成分的RI实验值,构建了精油成分化合物的结构性质与RI值之间的全息定量构效关系(HQSAR)模型。当碎片大小(fragment size)、碎片特征(fragment distinction)和全息长度(hologram length)模型参数分别设置为“1~4”、“C,Ch”和199时,可以建立最优HQSAR模型。利用外部测试集验证和留一交叉验证对模型进行检验,经外部测试集验证的预测均方根误差(RMSEP)、预测决定系数(Q_(F3)^(2))、一致性相关系数(CCC)和平均相对误差(MRE)分别为40.45、0.984、0.968和2.20%;经留一交叉验证的交叉验证均方根误差(RMSECV)和MRE分别为72.56和4.17%。此外,HQSAR模型的分子贡献图表明,芳香族化合物的烷基链在连接了羟基基团后,其RI值会增大;脂肪族化合物中存在的长链烷基也会导致RI值增大。研究结果表明,所建立的HQSAR模型能够用于预测植物精油成分的RI值,并为其他精油成分RI值的预测提供可靠依据。

基于氨基酸描述符对血管紧张素转化酶抑制五肽定量构效关系分析

本研究收集近些年报道的血管紧张素转化酶(angiotensin converting enzyme,ACE)抑制五肽的氨基酸序列及抑制活性(半抑制浓度(half maximal inhibitory concentration,IC_(50))),建立ACE抑制五肽肽库,并将其氨基酸残基用Z-scales、VHSE和SVHEHS氨基酸描述符分别进行表述,以氨基酸残基的疏水性、立体性以及电性参数作为自变量,ACE抑制五肽的lg IC_(50)作为因变量,利用Matlab软件用偏最小二乘法建立ACE抑制肽定量构效关系(quantitative structure-activity relationship,QSAR)模型,结果发现基于Z-scales描述符构建的ACE抑制五肽QSAR模型R2为0.6411,Q^(2)为0.5369,模型预测五肽Gln-Arg-Pro-Asn-Met具有较高的ACE抑制活性,预测IC_(50)为0.0517μmol/L,实测IC_(50)为(0.0400±0.0083)μmol/L,预测值与实测值误差为0.0117μmol/L;基于VHSE描述符构建的QSAR模型R2为0.7636,Q^(2)为0.5081,模型预测五肽Leu-Arg-Ala-Phe-Gln具有较高的ACE抑制活性,预测IC_(50)为0.0438μmol/L,实测值为(0.0273±0.0053)μmol/L,误差为0.0165μmol/L;基于SVHEHS描述符构建的QSAR模型R2为0.8405,Q^(2)为0.4005μmol/L,模型预测五肽Tyr-Phe-Pro-Phe-Gln具有较高的ACE抑制活性,预测值为0.0055μmol/L,实测值为(0.0312±0.0042)μmol/L,误差为0.0257μmol/L。3种建模方法对比发现,基于SVHEHS描述符构建的模型拟合能力最强,但是其预测能力较弱,而Z-scales和VHSE描述符所建模型能很好地对五肽进行QSAR分析,通过模型分析发现ACE抑制肽活性与其氨基酸的疏水特征呈负相关,与立体特征呈正相关。将3种ACE抑制肽与ACE蛋白(2X8J)进行分子对接,结果表明3种ACE抑制肽均可与ACE蛋白进行结合。本研究可为开发ACE抑制肽药物提供新手段,为开发和利用食源性ACE抑制肽提供理论基础。

磷酸酯类极压抗磨剂构效关系的分子模拟研究

为从分子水平上研究磷酸酯类极压抗磨剂分子结构参数与其极压抗磨性能的关系,以磷酸三乙酯为模型化合物,采用分子模拟方法研究了磷酸三乙酯分子与Fe(110)表面的作用机理,发现磷酸酯分子主要通过P=O基团中O原子提供的电子与Fe表面发生吸附作用。采用分子模拟方法计算了不同磷酸酯类极压抗磨剂分子的结构参数,采用遗传函数算法初步建立了磷酸酯类极压抗磨剂的分子结构参数与极压性能、抗磨性能的定量关系方程。对该关系方程进行内检验和外检验,结果表明:所建方程具有较好的预测能力;由该方程可知,影响磷酸酯类极压抗磨剂分子极压、抗磨性能的主要结构参数包括P=O或P=S基团中O或S原子所带的电荷量、C—O键或C—S键的键能以及添加剂的S含量。

吲哚芳砜类化合物定量构效关系研究

从文献中选取76种具有抗人类免疫缺陷病毒(HIV)活性的吲哚芳砜类化合物,采用分子结构描述符对其进行结构表征。通过逐步回归分析法,从28个结构参数中筛选出10个参数作为回归方程的最终变量,构建了吲哚芳砜类化合物的分子结构与抗HIV活性之间的定量关系模型。所建模型的复相关系数R为0.904 9,表明该模型的拟合效果较好,可以反映吲哚芳砜类化合物分子结构与生物活性之间的相关关系。留一法(LOO)交互检验结果表明,R为0.856 7,标准偏差(Std)为0.445 5,说明所建模型具有较好的稳定性和可靠性,可以用于预测吲哚芳砜类化合物的抗HIV活性。

陕西茯茶抗氧化成分的提取及其定量构效关系(QSAR)研究

以陕西茯砖黑毛茶为原料,基于溶剂萃取法的单因素实验对有效成分进行提取,通过正交实验测定陕西茯茶提取物对DPPH和ABTS+自由基的清除率来反映其有效成分的抗氧化能力。研究结果表明利用乙醇-水溶液萃取法获得的提取物具有较强的抗氧化成分,抗氧化成分提取的最佳条件为:40%的乙醇溶液,提取温度45℃、提取时间45 min、料液比为1∶60。研究发现该有效成分对DPPH的清除率高达85%,高于对ABTS+自由基的清除率(约67%)。对茯茶素分子的化学物理属性与抗氧化的关联性进行了定量构效关系的研究,揭示出含有酚羟基的茯茶素分子的抗氧化性与分子中氢键给体的数量存在线性关系。总之,本文对陕西茯茶中多酚的提取工艺以及抗氧化性能的定量构效关系(QSAR)的研究可以为陕西茯茶抗氧化产品的开发提供理论依据。

PD-1/PD-L1抑制剂的三维定量构效关系和分子对接研究

目的探讨程序性死亡受体-1(PD-1)、程序性死亡受体配体-1(PD-L1)抑制剂的三维定量构效关系和分子对接研究。方法针对现有的小分子化合物进行合理研究,取45个新型o-(联苯-3-基甲/氧基)硝基苯抑制剂进行三维定量构效关系研究,包括使用分子力场分析法(comparative molecular field analysis,CoMFA)和比较分子相似性指数法(comparative molecular similarity indices analysis,CoMSIA),并且对分子对接,观察小分子与5J89蛋白的结合效果。结果Co MFA模型(q^(2)=0.644,r^(2)=0.950)和CoMSIA模型(q^(2)=0.622,r^(2)=0.998)具有一定预测能力。TYR:56、GLN:66氨基酸是影响这些抑制剂活性的主要氨基酸。结论该研究是计算机辅助药物方法在抗肿瘤方面的应用,可为开发PD-1/PD-L1抑制剂作为抗癌药物提供参考。

硅烷偶联剂折光率的全息定量构效关系研究

建立了85个硅烷偶联剂折光率的全息定量构效关系(HQSAR)模型。当设置参数fragment distinction为“A、B、C、H、DA”、fragment size为“4~7”、holograms length为“151”时可建立最优HQSAR模型。采用外部测试集验证和留一交叉验证两种方法评估了模型的预测能力和稳健性。外部测试集验证的RMSRE、RMSEP、Q2F3、CCC分别为0.916、0.013、0.924、0.936,留一交叉验证的RMSRE、RMSECV、q2cv和R2分别为1.364、0.020、0.659和0.829。验证结果表明建立的HQSAR模型稳健可靠,可用于预测硅烷偶联剂的折光率。此外,通过所得HQSAR模型的分子贡献图可知,硅烷偶联剂中苯基和氧原子上长链烷基的存在会提高折光率。

基于细胞模型和网络药理学探究儿茶素抗炎、抗癌的构效关系

目的:系统揭示茶叶儿茶素的抗炎、抗癌构效关系,并初步探究其背后的分子作用机制。方法:利用脂多糖诱导的小鼠巨噬细胞RAW264.7和人结肠癌细胞HCT116为体外炎症、癌症模型,采用格里斯试剂法与四甲基偶氮噻唑蓝比色法分析比较儿茶素的体外抗炎、抗癌活性,借助网络药理学预测各儿茶素抗炎、抗癌的关键靶点与通路,并通过分子对接技术模拟各儿茶素与关键靶点蛋白的相互作用,比较各单体与关键靶点的结合能力。结果:8种儿茶素单体均有较强的体外抗炎、抗癌活性,酯型儿茶素的没食子酰基、焦酚型儿茶素B环的邻苯三酚结构和反式儿茶素C_(2)、C_(3)的反式构象使其具有更强的抗炎、抗癌活性,但酯型、焦酚型儿茶素的没食子酰基与其B环的邻苯三酚结构间存在拮抗效应;8种儿茶素通过多靶点、多通路发挥抗炎、抗癌活性,且没食子酰基有利于儿茶素与其关键抗炎、抗癌靶蛋白IL6、TNF、AKT1通过氢键结合。本文揭示了儿茶素的体外抗炎、抗癌活性及构效关系,为系统、深入阐释儿茶素的功能特性与分子结构等关系提供了理论和技术借鉴。

苦味抑制剂阿魏酸的构效关系

探索阿魏酸(ferulic acid,FA)羧基取代基团以及丙烯酸碳链长度对苦味抑制作用的影响。本实验使用分子动力学模拟,分析苦味受体与苦味抑制剂FA、4-(2,2,3-三甲基环戊基)丁酸和苦味激活剂安赛蜜相互作用的构象差异,以获得FA对苦味受体的抑制结构F4。基于F4的相互作用模式,构建系列FA衍生物,结合电子舌分析技术,探讨FA苦味抑制构效关系。结果表明在配体与F4相互作用模式相符的前提下,FA羧基取代基团氢键受体的电荷量与苦味抑制强度呈反比;FA丙烯酸碳链长度改性为二碳长度,会导致配体与关键残基相互作用不稳定,导致其苦味抑制强度降低,改性为四碳长度则增强其苦味抑制强度。FA作为新型苦味抑制剂,在改善食品食用品质方面具有开发潜力。

木质素熔融沉积式3D打印的分子结构-流变学响应关系研究进展

木质素作为自然界储量最大的可再生芳香族生物质资源,开发其高值化加工利用技术是林业生物质产业转型升级的重要途径。近年来,基于3D打印技术制备高性能木质素基复合材料的研究发展迅速。木质素的3D打印可快速、高效构建具有特定功能特性的复合材料,且可灵活调控木质素基复合材料的宏观、微观结构,以使其满足能量传输、药物递送和个性化医疗等需求。然而,由于木质素分子结构复杂多变、分子量分布宽、脆性大等特点,木质素的分子结构-流变学响应关系仍缺乏系统研究,限制了木质素基复合材料的进一步开发和应用。本文基于近年来木质素熔融沉积式3D打印的发展现状,系统总结了木质素分子结构与其熔融流变学的响应关系。首先介绍了木质素的分子结构特性和熔融沉积式3D打印技术,然后重点对比分析了不同木质素分子结构、木质素与热塑性高聚物的共混对其熔融流变学特性和打印性的影响,最后总结了木质素熔融沉积式3D打印面临的挑战,并对木质素熔融沉积式3D打印的发展方向进行了展望,通过更好地理解木质素熔融流变学的构-效关系,促进木质素的高值化利用。

向列相液晶分子结构与黏度关系研究及BPNN-QSAR模型建立

用于光学、微波通信调谐等器件的向列相液晶材料需要具备高响应速度来实现应用需求.液晶器件响应速度与液晶的旋转黏度、液晶的双折射率等因素相关.微波器件用向列相液晶,常采用大π-电子共轭体系、大极性基团来提高液晶分子的双折射率和介电各向异性,实现宽相位调制量,也因此增大了液晶材料黏度,影响了微波器件的响应速度.本文以液晶黏度因素为主线,对本课题组设计合成的42种向列相液晶在25℃时的黏度用旋转流变仪进行测试,从液晶化合物的结构角度分析影响液晶黏度的因素.首次建立向列相液晶分子结构与黏度的BPNN-QSAR定量构效模型,模型测试组预测值跟真实值之间的相关系数q^(2)=0.607>0.5,说明模型可用于液晶化合物的黏度性能预测,并对影响黏度性能的分子结构描述符进行了探讨.从实际应用出发结合本课题研究,设计了两个系列7个大双折射率液晶分子,BPNN模型测试黏度量度小于同类型分子,实验测试值与模型测试值相近.

基于极限梯度提升算法和特征筛选方法的羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)急性毒性定量构效关系(QSAR)模型的建立与应用

藻类是水生食物网中主要的初级生产者,对水生生态系统的可持续性起着重要作用。随着社会发展、工业进步和人类活动,大量化学品被释放到水生环境中,对藻类产生了极大的威胁。若藻类受到危害势必会影响其他水生生物,因此有必要开展藻类的毒性评估。藻类的毒性评估需要大量的毒性数据,通过实验的方法获得水生毒性数据成本较高且比较耗时,定量构效关系(QSAR)是解决这类问题的一种良好的替代方法。本研究基于Web of Science与中国知网数据库文献中的53条急性毒性数据,利用极限梯度提升(XGB)算法和特征筛选方法建立了羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)急性毒性的QSAR模型。最优模型的训练集决定系数(R^(2)_(TR))达到了0.97,验证集决定系数(Q^(2)_(EXT))达到了0.78,留一法交叉验证系数(Q^(2)_(LOO))也达到了0.51,表明建立的QSAR模型具有较好的拟合优度、稳健性和预测能力。机理解释结果表明,化合物的拓扑电荷数、总原子序数和电负性是影响羊角月牙藻急性毒性的关键因素。在此基础上,采用建立的QSAR模型和EPI Suite分别预测了16种典型多环芳烃(PAHs)对藻类的急性毒性,并对其进行了毒性分级。研究结果为藻类的急性毒性数据的获取提供了一个高效预测工具,有利于加快化学品的水环境风险评估工作。

聚α-烯烃合成基础油分子结构与性能关系研究进展

介绍了聚α-烯烃(PAO)合成基础油的分子结构组成与性能之间的关系,其中包括分子结构与黏度、黏度指数和低温流动性之间的关系。通过分析现有的PAO分子结构参数与其黏度、黏度指数和低温流动性之间的关系,梳理出影响黏度的主要分子结构参数是相对分子质量、支链数量、支链长度和分子的有效长度。分子结构中支链数量、支链长度和支链位置对黏度指数有着重要的影响;支链数量和支链长度对低温流动性能有着重要的影响;支链数量少且较长的PAO分子结构(类似于星型)是兼具好的黏温性能和低温流动性较为理想的结构。因此,从分子水平研究PAO分子结构与性能关系,提炼设计和制备高性能PAO基础油理想结构组分的新思路,为PAO基础油产品升级和新技术的开发提供理论支撑和科学指导。

咪唑啉衍生物缓蚀剂的定量构效关系及分子设计

采用量子化学密度泛函理论(DFT)及线性回归分析方法,对十一烷基咪唑啉衍生物缓蚀剂抗H2S、CO2腐蚀性能进行了定量构效关系(QSAR)研究.通过回归分析,筛选出了影响缓蚀剂缓蚀性能的主要因素,建立了QSAR模型,并使用留一法交叉验证对模型的稳定性及预测能力进行了分析.结果表明,电子转移参数△N、咪唑环上非氢原子静电荷之和ΣQring及分子极化率α对咪唑啉类缓蚀剂的缓蚀性能有很大的贡献,所得模型的拟合相关系数(R2)和交叉验证相关系数(q2)分别为0.924和0.917,模型对此类缓蚀剂抗H2S、CO2腐蚀性能具有较好的预测效果.应用QSAR研究结果进行了分子设计,在理论上提出了一些具有较高抗H2S、CO2腐蚀性能的新型咪唑啉衍生物,为实验工作者合成新型缓蚀剂提供理论参考.

分子距边矢量研究链烃与醛酮的定量构效关系

按碳原子及键合特性分类定义并计算了链烃包括烷、烯、炔、双烯、烯炔烃的分子距离 边数矢量(MDE),将153个链烃的MDE矢量与相应的沸点相关联,得到了良好的线性模型.复相关系数R=0.9976,均方根误差RMS=4.69K.同时还进行了随机检验和交互检验,其复相关系数和均方根误差分别为R=0.9975、RMS=4.72K和R=0.9972、RMS=5.13K.结果表明模型具有良好的稳定性和预测能力.进一步对杂原子用染色因子进行标识,提出了一种适用于含杂原子体系分子结构描述的MDE矢量,并以72种脂肪醛和脂肪酮的沸点为例,进行了定量结构 性质关系 (QSPR)研究,同样得到了满意的结果:分子定量建模、随机抽样建模和定量预测的复相关系数及均方根误差分别为R=0.9989、0.9990、0.9980及RMS=3.93K、4.12K、5.52K.表明MDE矢量与链烃及醛酮的沸点均具有良好的相关性,肯定了该矢量的合理性和有效性,可望在定量结构 性质/活性 (QSPR/QSAR)研究中获得广泛应用.

药物分子设计与定量构效关系研究进展

介绍了药物分子设计与定量构效关系的发展概况与研究进展（２Ｄ－ＱＳＡＲ，３Ｄ－ＱＳＡＲ，ＭＤ－ＱＳＡＲ），为开发新药及化工、医药的发展提供了信息．

多硝基含能化合物5 s爆发点的定量构效关系

为精确预测含能材料的5 s爆发点,解决大量新型含能材料实验测试难度大、安全数据不全等问题,基于定量构效关系(QSPR)原理,研究多硝基含能材料分子结构与5 s爆发点(ln T E)间的内在定量关系。应用集成学习算法随机森林(RF)筛选出8个对5 s爆发点具有显著影响的分子描述符;采用人工神经网络(ANN)建立90种多硝基含能材料5 s爆发点的预测模型。73种训练集的复决定系数为0.918,均方根误差为0.036,平均绝对误差为0.027。17个检验样本的复决定系数为0.903,均方根误差为0.061,平均绝对误差为0.053。对模型进行了验证以及应用域评价。结果表明:模型具备较好的预测性和泛化性能,可用于对多硝基含能材料的5 s爆发点进行精度较高的预测,有效解决现有含能材料的爆发点数据不够全面的问题,为相关产品研制与生产安全提供参考。

取代喹啉类化合物抗菌活性的定量构效关系及分子设计

采用密度泛函理论(DFT)和逐步回归分析法对15种新合成的取代喹啉类化合物进行了定量构效关系(QSAR)研究.在B3LYP/6-31G(d,p)水平上计算了取代喹啉的量子化学参数,通过逐步多元回归分析筛选出影响抗菌活性的主要因素,建立了定量构效关系方程,并用留一法交叉分析了模型的稳定性及预测能力.结果表明,C5的亲核电子密度fCN5及C9—N1的键级BC9—N1是影响喹啉类化合物抗金黄色葡萄球菌活性的主要因素,所得模型对该类化合物抗菌活性有较好的预测效果.同时基于QSAR研究结果设计了4个活性较高的新喹啉衍生物.

1－环丙基－5－取代－7－（4－甲基哌嗪基）－6，8－二氟－1，4－二氢－4－氧－3－喹啉羧酸定量构效关系的比较分子力场分析（CoMFA）研究

利用３Ｄ－ＱＳＡＲ中的ＣｏＭＦＡ方法研究了１－环丙基－５－取代－７－（４－甲基哌嗪基）－６，８－二氟－１，４－二氢－４－氧－３－喹啉羧酸定量构效关系。研究表明，从ＰＬＳ分析的ｒｃｖ，ｒ值看，模型有效强的预测能力；从立体与静电作用分数比可看出，５位取代基对活性的影响立体效应起主要作用，但静电效应亦十分重要。依据ＣｏＭＦＡ系数图设计了一些新化合物，预测结果表明，以５位氨基对抑制革兰氏阳性、阴性菌的活性为最高，与近几年实验研究的结果一致．