α-O-4型木质素二聚体分子间相互作用机理研究

不同于传统单分子分解机制,聚焦双分子反应热解机理,采用密度泛函理论(DFT)的GGA/RPBE方法,选取α—O—4型木质素二聚体模型化合物苄基苯基醚(BPE)为研究对象,确定其中存在的分子间相互作用关系以及关键产物在热解过程中形成的化学途径,并重点研究木质素中取代基对分子间相互作用关系产生的影响。研究结果表明,在单分子反应中,取代基会提高各个键的活性,CH_(3)取代基会促进C—O键的均裂。木质素分子与自由基之间存在强烈的相互作用,但取代基会抑制分子间相互作用关系,且取代基上H自由基参与反应的意向弱于木质素连接键上的H自由基。4种α—O—4型木质素脱氢二聚体自由基主要可能发生均裂的键是O—C_(芳香族)键,而非C_(α)—O键。

离子液体[Bmim][BF_(4)]与氧化苯乙烯分子间相互作用及催化机理的和频振动光谱研究

离子液体作为多用途的反应介质和催化剂,在绿色化学和可持续化学领域引起了广泛的关注.本文采用和频产生振动光谱技术,深入研究了1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Bmim][BF_(4)])与苯乙烯氧化物(SO)在空气/液体界面上的相互作用:在1000~3700cm^(-1)的光谱范围内,仅观察到了体系中碳氢键的振动模式.值得注意的是,研究发现苯乙烯氧化物的环氧环的取向是朝向体相的,而阳离子的咪唑环上的三个碳氢基则平行于界面表面,因此,在该体系中并未观察到阳离子与苯乙烯氧化物之间的相互作用.然而,在C-H键的振动谱中,发现CH(SO)和CH_(3)(阳离子)的振动光谱峰发生蓝移,这证明了阴离子BF4与环氧环上的CH_(2)基团之间存在相互作用,这种相互作用证实了离子液体首先催化苯乙烯氧化物并随后与CO_(2)反应的反应机制.本研究为反应界面的分子间相互作用和分子取向提供了重要的见解.

激发态DNA碱基对分子间相互作用的理论研究

[目的]利用本课题组发展的定量分析方法研究激发态DNA碱基对分子间相互作用的本质,以及不同类型的电子跃迁对DNA碱基对分子间相互作用的影响.[方法]采用广义Kohn-Sham能量分解分析方法(generalized Kohn-Sham based energy decomposition analysis,GKS-EDA),对两种Waston-Crick构型和两种stacked构型的DNA碱基对分子间相互作用本质进行理论研究.[结果]对于Waston-Crick构型的碱基对,n→π^(*)跃迁削弱了轨道极化作用但加强了电子相关作用,激发态分子间相互作用由电子相关作用主导,而π→π^(*)跃迁对分子间氢键影响较小;对于stacked构型的碱基对,π→π^(*)跃迁削弱了静电相互作用但增强了电子相关作用.[结论]Waston-Crick构型碱基对分子间相互作用本质受电子激发跃迁影响较大,而电子激发跃迁基本不改变stacked构型碱基对分子间相互作用本质.

LLM-105的分子间相互作用和热力学性质

应用第一性原理可以计算含能材料0 K下的结构和物理性质,但温度效应的缺失通常会导致计算数据与实验结果产生偏差.同时,与温度相关的热力学参数是含能材料在宏观和介观尺度下建模的关键输入.为此,本文以高能低感炸药1-氧-2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪(LLM-105)为研究体系,基于准简谐近似,采用色散修正的密度泛函理论研究温度加载下LLM-105的分子间相互作用和热力学性质.晶格参数和热膨胀系数的演化表明LLM-105分子间相互作用具有强烈的各向异性,其中b轴方向(分子层间)的膨胀率远高于ac平面(分子层内).Hirshfeld表面及其指纹图分析进一步证实LLM-105的分子间相互作用主要取决于O···H构成的氢键.结合Mulliken布居数和结构分析,温度加载下氢键相互作用的变化可诱发硝基旋转,并使得C—NO_(2)键的强度明显减弱,为高温分解反应的触发键提供了理论依据.此外,本文计算了等容和等压条件下的热容、熵以及等温和绝热条件下的体模量等基础热力学参数.其中绝热条件下的体模量与实验值吻合,同时体模量随温度的演化反映了LLM-105在温度加载下的软化行为.上述理论研究可用于构建含能材料在介观和宏观尺度下的模型,也为测量原子分子水平下的热力学性质提供了重要的参考价值.

基于光学检测的分子间相互作用表征技术研究进展

分子间相互作用的表征技术是阐明细胞生物学事件、了解疾病发生机制、辅助药物研发的有力手段。近年来,分子间相互作用的表征技术发展迅速,不断向着高灵敏度、高通量、极短时间、极低检测限的方向发展。本文对表面等离子体共振、生物膜干涉、背向散射干涉以及微量热泳动这4种常见的、基于光学检测的分子间相互作用表征技术的原理、特点及最新应用进展进行了综述与比较,为分子间相互作用表征技术的选择提供参考。

盐酸安非他酮多晶型分子间相互作用分析研究

以多晶型药物盐酸安非他酮为模型药物,探讨晶体结构和分子间相互作用对稳定性影响。对四种晶型从分子构象、分子间氢键等进行了详细比较;利用CrystalExplorer软件中Hirshfeld表面和能量框架模块,从理论上系统地分析了四种晶型中分子间作用方式和作用能的大小。结果显示室温下最稳定的晶型KUMCAX01具有更稳定的分子构象,更高的堆积指数,Cl…H、O…H等较强分子间作用力贡献比例更大,与周围离子总相互作用能更高,为深刻理解多晶型药物晶体构造差异对稳定性的影响提供一定理论依据。

分子间相互作用理论研究——量子化学课题组

分子间相互作用(Molecular Interaction)通常也指非共价相互作用,是基团或分子间除去共价键、离子键及金属键等以外一切相互作用力的总称,如氢键、卤键、π…π堆积、σ…π、σ…hole、π…hole、色散作用等,是超分子理论的基础,分子依靠分子间相互作用结合在一起,组装成复杂的、有组织的聚集体。

基于光谱法及分子对接技术的猪血红蛋白与儿茶素相互作用研究

为增强猪血红蛋白(PHb)结构的稳定性,提高其应用价值,将天然抗氧化剂儿茶素(C)与PHb进行互作,以期稳定PHb的结构。采用紫外可见光谱、荧光光谱、傅里叶红外光谱和扫描电镜研究C与PHb的相互作用,并通过分子模拟对接技术表征儿茶素-猪血红蛋白复合物(C-PHb)的形貌和结构。结果表明,添加C前后,PHb的紫外吸收光谱发生明显变化;荧光光谱结果表明,C能有效猝灭PHb内源荧光且为自由发生的静态猝灭,猝灭常数(Kq)为7.5×10^(10)L·mol^(-1)·s^(-1),作用力主要为范德华力、氢键和疏水作用力。同时,相较于PHb,C-PHb的蛋白质二级结构发生改变,表现为β-折叠含量增高,α-螺旋、β-转角和无规卷曲含量降低。此外,分子对接模型进一步验证了C可与PHb进行相互作用。综上,C可与PHb互作以稳定其结构。本研究可为制备具有抗氧化性质的PHb复合物提供理论支持和可行性依据。

褐煤与水微观相互作用的分子机制:多尺度分子模拟

煤与水的表面相互作用是洁净煤技术领域的重要科学问题之一。然而,褐煤与水的相互作用是一个复杂的物理化学过程,其微观机制在原子尺度和电子结构方面仍不明确。尤其缺乏褐煤中不同官能团与水之间相互作用能量、稳定性结构特征、相互作用本质的系统考察。基于多尺度分子模拟研究了褐煤与水微观相互作用的分子机制。基于量子化学计算重点考察典型褐煤模型结构中不同官能团与单分子水的相互作用,获得水分子在褐煤不同位点吸附的局域极小构象,以及稳定吸附构象的几何结构特征。基于独立梯度模型的直观绘景阐释了褐煤与水分子之间的相互作用形式主要为范德华作用和氢键。借助能量分解分析方法定量描述并确定了静电作用是稳定煤-水相互作用的最主要因素。此外,还基于分子动力学模拟揭示了不同数量褐煤分子与大量水分子相互作用的组装行为和演化特征,阐明了褐煤分子结构在大量水中的团聚现象。分子动力学模拟结果同样印证了褐煤和水分子主要以静电作用结合。

荧光增白剂与人血清白蛋白相互作用的多种光谱法及分子对接技术研究

通过多种光谱方法与分子对接技术,从分子水平上对两种荧光增白剂(C.I.135、C.I.185)与人血清白蛋白(HSA)的相互作用机制进行研究。稳态荧光光谱及紫外-可见光谱实验结果表明,C.I.135、C.I.185与HSA均形成了基态复合物(HSA-C.I.135、HSA-C.I.185),猝灭机理为静态猝灭机理,热力学参数表明氢键与范德华力是结合作用的主要作用力,并且结合过程都是自发进行。三维荧光光谱结果表明C.I.135、C.I.185可以改变HSA的氨基酸残基微环境和构象,C.I.185对HSA产生的影响是最大的。分子模拟实验进一步验证上述实验结果。

绿原酸通过基因编码基质相互作用分子/钙释放激活钙调节蛋白通路改善糖尿病小鼠动脉粥样硬化的机制

目的探讨绿原酸(CGA)通过基因编码基质相互作用分子1(Stim1)/钙释放激活钙调节蛋白1(Orai1)通路改善糖尿病小鼠动脉粥样硬化(AS)的机制。方法将30只C57BL/6J雄性小鼠随机分为对照组、模型组、CGA组,每组各10只。采用高脂饲料饲养加腹腔注射50 mg/kg的链脲佐霉素(STZ)建立糖尿病AS小鼠模型,对照组采用普通饲料+等量生理盐水,CGA组建立模型后给予CGA干预,模型组给予等量生理盐水。HE染色、油红O染色观察动脉斑块情况;CCK-8检测主动脉血管平滑肌细胞(VSMCs)增殖活力;qPCR检测Stim1、Orai1表达水平。结果CGA组、模型组的斑块沉积面积大于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);而CGA组的斑块沉积面积小于模型组,差异有统计学意义(P<0.05)。模型组、CGA组的VSMCs增殖率高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);而CGA组的VSMCs增殖率低于模型组,差异有统计学意义(P<0.05)。模型组、CGA组的Stim1、Orai1水平高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);而CGA组的Stim1、Orai1水平低于模型组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论CGA能够改善糖尿病AS及VSMCs增殖,其机制可能与调节Stim1/Orai1通路有关。

聚氨酯与稀释沥青相互作用的分子动力学模拟

为从分子尺度深入了解聚氨酯与稀释沥青的相互作用,采用Materials Studio软件,分别构建沥青、聚氨酯、聚氨酯-稀释沥青共混模型,并验证模型准确性。基于分子动力学模拟,开展温度和聚氨酯掺量对稀释沥青内聚能密度、溶解度参数、相互作用能、力学性能的影响研究。结果表明:建立的沥青和聚氨酯分子模型较合理,能够表征沥青和聚氨酯真实特性;随着温度的升高,稀释沥青和稀释沥青-聚氨酯共混体系的内聚能密度均呈下降趋势;在[-10℃,100℃]范围内,聚氨酯添加物能够降低稀释沥青的内聚能密度,不同温度下降低幅度平均为15%;在60℃时,稀释沥青与聚氨酯的溶解度参数δ差值最小,各总相互作用能和范德华势能最大,体系最稳定;聚氨酯能够提高稀释沥青的力学参数,并且力学参数与聚氨酯的掺量呈正相关关系。研究对树脂改性冷补沥青混合料具有参考价值。

基于网络药理学和分子对接技术探讨冬虫夏草治疗特发性肺间质纤维化的作用机制

目的:运用网络药理学和分子对接技术探究冬虫夏草治疗特发性肺间质纤维化(idiopathic pulmonary fibrosis,IPF)的作用机制。方法:通过中药系统药理学数据库与分析平台(traditional Chinese medicine systems pharmacology database and analysis platform,TCMSP)筛选出冬虫夏草的主要活性成分及其对应靶点;通过人类基因数据库(the human gene database,GeneCards)、在线人类孟德尔遗传数据库(online mendelian inheritance in man,OMIM)、DrugBank数据库检索获得IPF疾病相关靶点,取二者交集靶点作为冬虫夏草治疗IPF的关键作用靶点;将交集靶点上传至STRING数据库,构建冬虫夏草活性成分与IPF疾病的共同靶点蛋白-蛋白互作网络(protein-protein interactions,PPI),根据度值筛选出核心靶点;将交集靶点基因导入DAVID分析平台,进行基因本体(gene ontology,GO)、京都基因与基因组百科全书(kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)通路富集分析。结果:共获得冬虫夏草活性成分7个,作用于IPF的关键靶点84个;关键活性成分有乙酸亚油酯、花生四烯酸、胆固醇、β-谷甾醇,核心靶点有J原癌基因、过氧化物酶体增殖物激活受体γ、丝裂原活化蛋白激酶14等,GO和KEGG富集分析显示主要通路有TNF、VEGF、p53、cAMP、MARK、鞘脂等信号通路,涉及癌症、细胞凋亡、炎症反应等多个生物进程。冬虫夏草活性成分与靶点蛋白可以形成稳定的复合物。结论:冬虫夏草对IPF的治疗作用具有多成分、多靶点、多通路的特点。

基于分子动力学模拟的木材细胞壁与水分相互作用研究进展

木材是一种典型的天然高分子材料,在分子尺度上解读水分对木材微纳结构的影响,是木材中水分研究的重难点。文中概述了分子动力学模拟的一般过程,重点介绍了近年来分子动力学模拟在木材-水分的研究领域中,对细胞壁化学组分纤维素、半纤维素、木质素与水分相互作用以及细胞壁各组分之间的界面与水分相互作用等方面的最新研究进展,最后提出了相关的现存问题,并就未来的发展方向进行展望,以期为深入揭示木材与水分的相互作用提供参考。

基于分子模拟技术的不同聚合度多酚与氧化三甲胺脱甲基酶的相互作用机制研究

内源性甲醛是影响海产品品质和安全的常见因素,而氧化三甲胺脱甲基酶(trimethylamineN-oxide demethylase,TMAOase)被证明在内源性甲醛的生成过程中具有重要作用,因此抑制TMAOase的活性可以有效控制海产品内源性甲醛的产生。以往研究表明,植物多酚可以显著抑制TMAOase的活性,但关于二者的相互作用研究主要通过抑制动力学和光谱学分析证明它们之间的非共价相互作用,鲜有团队尝试利用分子模拟技术阐明两者间的关键结合位点和构效关系。因此,该研究采用分子对接及分子动力学模拟研究不同聚合度多酚与TMAOase之间的相互作用,并分析复合物的结合稳定性及对TMAOase结构的影响。分子对接结果表明4种不同聚合度的多酚均能与TMAOase形成复合物,其主要通过疏水相互作用和氢键结合,其中原花青素B2与酶的结合能力最强,其可通过疏水性氨基酸His-89、Phe-169、Gly-195、Gly-198、Gly-243和Phe-244以及氢键作用位点Thr-199和Asn-438与TMAOase结合。分子动力学模拟显示4种多酚均能增加TMAOase的表面疏水性并降低其分子内氢键数量,但并未使二级结构发生明显变化。原花青素B2对TMAOase的抑制作用为非竞争性抑制,与酶形成的复合物稳定性最好,且范德华力作为主要相互作用力也参与了复合物的形成和稳定。该研究在分子水平上解析了不同聚合度多酚与TMAOase之间的相互作用机制,为未来TMAOase抑制剂的筛选提供了新思路。

乳蛋白与活性分子相互作用研究进展

乳蛋白作为乳制品的核心组分,具有丰富的营养价值和多种生物活性功能。活性分子(多酚、多糖、维生素等)与乳蛋白之间存在复杂的相互作用(共价结合、非共价结合等),这些相互作用不仅影响乳蛋白的结构和功能特性(乳化性、溶解性、起泡性和凝胶性),还可能对食品的加工、贮藏及最终产品的营养价值和功能性产生重要影响。本文综述乳蛋白与几类活性分子之间的相互作用机制及其对功能特性的影响,对系统理解乳蛋白与活性分子的结合具有重要意义,为乳品的深入研究及工业化生产提供理论依据。

基于大环分子主–客体相互作用的超分子聚合物网络研究进展

高分子链间通过非共价交联作用能够形成超分子聚合物网络(SPNs),这类材料具有动态可逆性、刺激响应性、自愈性和形状记忆等优点,目前已在高分子科学、超分子化学、自适应材料和生物医学材料等诸多领域取得广泛应用。基于大环主体的主客体相互作用是构筑超分子聚合物网络的一类重要非共价驱动力,本文按照大环主体的种类介绍了不同类型主–客体作用交联的超分子聚合物网络的构筑策略,以及它们的刺激响应组装行为和功能调控相关研究进展。同时,讨论了该领域面临的问题和挑战,为发展其他新颖超分子聚合物网络材料提供参考。

光谱法结合分子对接技术研究柠檬苦素与牛血清白蛋白的相互作用

为研究柠檬苦素(Limonin,LM)与牛血清白蛋白(Bovine serum albumin,BSA)相互作用,本文采用紫外光谱法、荧光光谱法及分子对接技术研究LM与BSA的相互作用机制。结果表明:LM能有效淬灭BSA的内源荧光,其淬灭类型为静态淬灭;两者发生相互作用可形成1个结合位点,分子间作用力主要为氢键和范德华力,该相互作用过程为自发反应;紫外光谱及同步荧光光谱表明,LM与BSA发生相互作用后,可以增加BSA上酪氨酸(Tyr)、色氨酸(Trp)残基微环境的疏水性;通过竞争位点实验及分子对接,发现LM与BSA的结合位点在siteⅠ附近,LM可以与BSA上的Trp-213形成氢键,与Tyr-340/451等残基之间存在范德华力。

5-羟甲基糠醛与胃蛋白酶相互作用的荧光光谱研究以及分子模拟分析

目的:采用荧光光谱法和分子对接模拟分析5-羟甲基糠醛(5-HMF)与胃蛋白酶的相互作用及分子结构特征。方法:应用荧光分光光度计,通过荧光淬灭分析、同步荧光分析、三维荧光分析、疏水探针分析,获得5-HMF与胃蛋白酶相互作用的光谱学信息;通过分子对接模拟分析,揭示5-HMF与胃蛋白酶结合的具体位点及互作信息。结果:5-HMF通过单一静态猝灭机制,导致胃蛋白酶分子荧光淬灭。吉布斯自由能△G为负值,表明二者结合为自发反应,同时熵变△H和焓变△S也均为负值,表明氢键和范德华力是维持5-HMF与胃蛋白酶相互作用的主要作用力。同步荧光分析表明,5-HMF能够影响了胃蛋白酶分子中Trp残基的微环境。三维荧光分析结果表明,5-HMF改变了胃蛋白酶的空间结构、氨基酸残基的微环境以及荧光发射峰强度。分子对接模拟分析结果显示,5-HMF分子中羟基可与胃蛋白酶分子中的Ile 100和Ans 37形成氢键,其杂环可与Leu 38、Pro 135和Ala 133产生疏水作用,整个分子还会与Phe 101、Val 136、Ser 129、Gly 102形成范德华力。结论:5-HMF能够与胃蛋白酶相互作用结合,导致胃蛋白酶分子结构及光谱特性发生改变。

人乳头瘤病毒16/18型感染乳腺癌患者病灶核因子κB相互作用的长链非编码RNA表达水平及其与乳腺癌分子分型和预后关系

目的 分析人乳头瘤病毒(human papilloma virus,HPV)16/18型感染乳腺癌患者病灶核因子κB相互作用的长链非编码RNA(NF-κB interacting long non-coding RNA,NKILA)表达情况及其与乳腺癌分子分型、预后的相关性。方法 选取2016年1月至2018年1月南通大学附属海安医院收治的334例乳腺癌患者(观察组)和50例乳腺良性疾病患者(对照组)作为研究对象,对观察组患者肿瘤组织、癌旁组织和对照组患者病灶组织标本进行NKILA表达检测,并检测血清指标水平。分析两组NKILA表达情况与血清学指标的相关性,比较不同HPV分型感染情况、不同分子分型、不同预后患者病灶NKILA表达差异。结果 观察组患者肿瘤组织NKILA相对表达量显著低于癌旁组织(P <0.05),癌旁组织NKILA相对表达量显著低于对照组(P <0.05)。HPV 16/18型感染组肿瘤组织NKILA相对表达量、NKILA高表达率均显著低于非HPV16/18型感染组(均P <0.05)。Luminal A型组、Luminal B型组患者肿瘤组织NKILA相对表达量、NKILA高表达率均显著高于人表皮生长因子受体2(human epidermal growth factor receptor-2,HER-2)过表达型组(均P <0.05),HER-2过表达型组肿瘤组织NKILA相对表达量显著高于三阴性组(P <0.05)。复发转移组肿瘤组织NKILA相对表达量、NKILA高表达率均低于未复发转移组(均P <0.05)。NKILA低表达组3年无复发转移率显著低于NKILA高表达组[24.7%(36/146)∶40.0%(58/145),P <0.05]。结论 相比乳腺癌旁组织和良性疾病病灶,乳腺癌患者病灶NKILA表达下降,且HPV 16/18型感染者、三阴性乳腺癌者和术后复发转移者病灶NKILA表达下降更为明显,NKILA低表达与患者术后复发转移相关。