相互作用熵方法在计算生物分子体系结合自由能中的发展和应用

分子力学泊松-玻尔兹曼溶剂可及表面积(MM/PBSA)是一种非常主流的计算生物大分子体系结合自由能的方法,但是其中熵变的计算一直以来都是理论计算上的难点.2016年发展的相互作用熵方法因其理论严谨、计算成本低等优势得到了广泛的应用.该方法已在周期蛋白依赖性激酶2、胰蛋白酶、HIV蛋白酶、间变性淋巴瘤激酶与配体以及P53与MDMX/MDM2等一些关键的体系上得到了应用,这为研究者理解生物大分子中相互作用的机理提供了可信且新颖的途径.本文介绍了相互作用熵方法的发展,并为其在生物大分子中的应用提供了可行的指引和建议.

激光熔覆制备高熵合金的研究现状及发展趋势

高熵合金具有高硬度、高耐磨性、高耐温性及耐腐蚀性,从而成为材料科学领域一个新的研究热点,而通过激光熔覆制备高熵合金的方法是最能达到其优越性能的制备方法之一。文中综述了高熵合金发展历史、组织研究现状、力学性能研究现状以及合金元素和微量元素(如Ti,A l,Si等)对高熵合金组织和性能的影响。在此基础上,提出了研究高熵合金组织性能的方向和途径,并对其应用前景做了分析和展望。

熵驱动无机纳米棒液晶态自组装

针对有机液晶材料在实际应用中存在热稳定性不足和温度区间较窄等问题,结合快速发展的纳米材料合成及组装技术,发挥无机纳米材料富电子、高热稳定的特点,发展新型无机液晶态材料是目前一个热点研究领域。本文从归纳液晶态组装所蕴含的相变规律及调控机理出发,包括Onsager硬棒理论、DLVO理论、胶体系统中的熵作用(如排空吸引和位阻排斥),系统地综述了近年来以熵为主要驱动力的无机液晶态组装的研究进展。进而,以理想的组装单元之一——金纳米棒为例,深入讨论了组装方法、颗粒间相互作用对调控组装结构的影响规律,并例举了所得组装体在光电子器件中的潜在应用。最后,通过总结组装技术用以制备无机液晶态材料仍存在的问题,给出可能的解决方案并对未来的发展方向进行了展望。

水溶液中氯化钠-单糖的焓和熵相互作用参数

利用改进的精密半微量热量计精确测定了氯化钠水溶液和一些单糖(葡萄糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖和果糖)水溶液的稀释焓以及氯化钠水溶液与这些单糖水溶液的的混合焓。计算了氯化钠从水到糖-水溶液中的摩尔迁移焓及氯化钠-单糖在水溶液中的焓相互作用参数。结合Gibbs自由能参数得到了熵相互作用参数。这些结果揭示了糖和氯化钠相互作用与糖的立体化学的依赖关系。这些相互作用参数能够识别糖的立体化学结构。

PD-1与单克隆抗体残基特异性结合机制的计算丙氨酸扫描研究

通过分子动力学模拟检测了2种程序性细胞死亡蛋白(PD-1)/单克隆抗体(Pembrolizumab和Nivolumab)复合物,并使用高效的计算丙氨酸扫描方法预测了单抗与PD-1的结合热点,将它们与对PD-1/PD-L1结合重要的热点残基进行对比分析.结果显示,Pembrolizumab以类似于PD-L1的方式与PD-1结合,而Nivolumab则以不同的方式与PD-1结合.2个PD-1/mAb复合物中共有的热点只有_(PD-1)K131.同时发现,与_(PD-1)K131结合的单抗的关键残基通常都受范德华(vdW)能量控制.2种单克隆抗体上热点的自由能贡献都以vdW能量为主,这表明在下一代PD-1新抗体的设计中需要提高静电型热点残基的数量.

甲型流感病毒突变诱发的神经氨酸酶耐药性机制理论研究

甲型流感(A/HxNy)因其高传染性和高死亡率严重威胁人类健康、危害人类公共卫生安全面受到广泛关注.神经氨酸酶(NA)通过靶向宿主细胞中的唾液酸(SIA)并与之相互作用进而达到释放子代病毒的目的.由于其高度保守的催化中心结构,已成为药物设计的重要目标.临床上已经出现了各种耐药的神经氨酸酶突变株,本工作对A/H7N9(N9亚型)由突变引发的耐药机制进行了详细探究.通过分子动力学模拟和丙氨酸突变扫描结合相互作用熵方法来探索R294K突变前后N9和药物扎那米韦结合机制的差异.研究结果表明,突变导致Arg294和Z药物扎那米韦之间的氢键断裂,并破坏了结合口袋附近热点残基与药物间的氢键网络,从而导致药物对N9的结合能力减弱,产生耐药性.同时,来自A/H11N9的N9野生型与R292K突变型也被用于研究耐药性产生的机制.预测的突变前后N9与5种抑制剂(SIA、DAN、药物扎那米韦、G28和G39)结合自由能的不同与实验值基本一致,验证了丙氨酸突变扫描结合相互作用熵方法用于本工作的可靠性.此外,对关键残基的分析表明Arg292、Tyr406在野生型A/H11N9与药物的相互作用中表现为热点氨基酸.然而,在突变型A/H11N9中,292残基对结合自由能没有明显有利的贡献,这可能会增强突变植株的抗药性.相比之下,当SIA、药物扎那米韦和G28与突变型A/H11N9作用时,Tyr406仍保留热点残基的特征.结合以上两组甲型流感病毒(N9亚型)的动力学模拟研究,推测了病毒抗药性主要是由氢键网络的破坏和热点的转变引起的.该研究可以为治疗甲型流感(N9亚型)耐药突变的新型药物开发和药物优化提供理论指导.

基于丙氨酸扫描与相互作用熵方法的PARP1与配体的结合自由能计算

PARP1蛋白是真核细胞DNA损伤修复的关键因子,也是近年来肿瘤治疗的新热靶标之一.本文运用本课题组发展的基于相互作用熵方法并结合MM/GBSA方法对蛋白-配体进行丙氨酸扫描,计算了10个抑制剂小分子与PARP1蛋白及与PARP1蛋白各残基间的相互作用结合自由能并由此获得总的结合自由能.计算结果表明,相比传统MM/GBSA方法,新的计算方法可以显著提高蛋白-配体结合自由能计算的精度,缩小与实验值的误差.

软物质物理——物理学的新学科

文章简要综述了目前正迅速兴起的软物质物理研究的发展趋向,就软物质物理的内容、兴起的原因、软物质物理的重要性和面临的基本问题作了一定的分析和说明,并对我国发展软物质物理研究提出若干建议.

D-山梨醇在纯水和卤化钠水溶液中293.15K～318.15K的稀释焓

应用流动式等温精密微量热技术测定4个温度(293.15、303.15、308.15和318.15 K)下D-山梨醇在纯水和卤化钠水溶液中的稀释焓。根据改进的McMillan-Mayer理论对所测数据进行关联,得到了表观摩尔稀释焓对浓度变化的经验方程和各阶焓相互作用系数(h2,h3和h4)和二阶熵相互作用系数(s2),根据溶质-溶质、溶质-溶剂等弱相互作用对二阶焓、熵及吉布斯自由能相互作用系数进行了讨论,并探讨了温度对稀释焓的影响。结果表明,在山梨醇的纯水溶液和卤化钠水溶液中,其二阶焓相互作用系数h2随温度的升高而逐渐增大;不同温度下的二阶焓相互作用系数与温度成线性关系,因而二阶熵相互作用系数在实验温度范围内为一常量。