真空条件下辅酶Q_(10)的β-环糊精包合物的动力学模拟

首先通过分子力学法,确定辅酶Q10(CoQ10)的7个β-环糊精(β-CD)包合物(CoQ10-7-β-CDs)的最稳定优势构型.并进一步用分子动力学法模拟真空状态,一定时间内包合物的动态结构,并统计分析CoQ10包合前后结构的变化对性质的影响.结果表明CoQ10分子可以通过范德华力、库仑作用和氢键一起作用于β-CD分子形成1:7的稳定的D型包合结构.包合后,CoQ10分子的C=O双键和醌环上的C=C双键增长,侧链上的C=C双键缩短,其活性部位的抗氧化能力增大,而分子骨架的稳定性增强.     

2-苯乙醇-α-环糊精包合物的分子模拟研究

用分子动力学的方法模拟了2-苯乙醇的α-环糊精包合物在真空中的动态结构和运动轨迹.通过对分子模拟结果的分析,揭示了2-苯乙醇的两种α-环糊精包合物的相对稳定性,并根据PM3量化计算的包合稳定能、包合作用的结果得出了2-苯乙醇的α-环糊精包合物的最稳定结构为A型,即2-苯乙醇的羟乙基在α-环糊精窄口处.最后利用紫外光谱的变化规律给予了实验验证.分子模拟的统计分析结果表明,苯乙醇与α-环糊精形成的A构型包合物不仅物理稳定性最好,而且化学稳定性也最佳.     

依达拉奉-β-环糊精包合物的分子模拟研究

环糊精主客体包合物在药剂学方面具有众多的应用,药物分子形成环糊精包合物后具有缓释、控释、提高疗效和降低毒副作用等功能。为了消除普通依达拉奉药物的不良反应,本文用分子动力学模拟和量子化学计算2种方法模拟了依达拉奉的β-环糊精包合物的动态稳定性,并分析了该包合物的相对稳定结构。通过对分子模拟结果的分析,揭示了依达拉奉的2种β-环糊精包合物的相对稳定性,得出了依达拉奉的β-环糊精包合物的最稳定结构为:依达拉奉分子的杂环位于β-环糊精的窄口处。根据量子化学计算对单体和包合物的化学热力学分析,进一步得出了包合物的稳定能和优势稳定结构,并对分子动力学模拟的结果进行了验证。     

环糊精-卟啉与二苯乙烯衍生物包结作用的分子动力学模拟研究

为了考察环糊精-卟啉与二苯乙烯所形成包结物的稳定性对环糊精-卟啉催化二苯乙烯环氧化选择性的影响,本文采用分子动力学方法研究了环糊精-卟啉与一系列二苯乙烯衍牛物所形成的包结物,并从主客体之间的相互作用能、相对距离的变化及包结结构3个方面考察了包结物的稳定性.计算结果表明,不同的二苯乙烯衍生物与环糊精-卟啉所形成包结物的稳定性不同,二苯乙烯两端的取代基与卟啉两端环糊精空腔的几何尺寸越匹配,环糊精-卟啉与二苯乙烯衍生物所形成包结物的结合稳定性越强,越有利于环糊精-卟啉对二苯乙烯进行选择性催化环氧化.     

黄粉虫α-淀粉酶与抑制剂相互作用的分子动力学模拟

α-淀粉酶与抑制剂相互作用一直受到人们关注。本文利用hyperchem 7.5软件,在opls力场下,选择分子动力学方法,模拟了不同温度条件下,黄粉虫的α-淀粉酶与抑制剂相互作用。通过对势能数据分析,结果显示在280 K左右黄粉虫的α-淀粉酶与抑制剂相互作用最强。这与实验得出的最适温度较为吻合。     

β-环糊精包合物的量子化学计算

用量子化学从头计算法对6种β－环糊精包合物进行了计算，结果表明，包合物的稳定性来自于主客体分子间的非键相互作用，环糊精包合物主客体之间无电荷转移迹象，包合物的稳定性与客体的尺寸和氯键生成能力有关。     

β-环糊精对α-环己基扁桃酸异构体手性识别作用的计算机模拟研究

运用量子力学PM3方法模拟α-环己基扁桃酸((R/S)-CHMA)与β-环糊精(β-CD)的主客体相互作用,探讨(R/S)-CHMA在β-CD上的手性识别机理。模拟结果能够准确预测色谱出峰顺序从而能从原子层次上对手性识别机制给予理论解释。PM3方法的计算结果表明:(S)-CHMA与β-CD形成的结合物比(R)-CHMA与β-CD形成的结合物稳定。从模拟包结物的构型可以看出(R/S)-CHMA与β-CD结合方式完全不同:(R)-CHMA是将苯环插入β-CD空腔形成包结物,而(S)-CHMA是将环己基插入β-CD空腔形成包结物。此外,(S)-CHMA除了自身的分子内氢键外,与β-CD分子之间还存在分子间氢键作用;而(R)-CHMA与β-CD之间没有分子间氢键作用。从而说明疏水作用以及弱的分子间氢键作用是造成手性识别的主要驱动力。     

1-甲基环丙烯进入α-环糊精分子组装的理论研究(英文)

本文用密度泛函理论(DFT)和PM3方法研究了1-甲基环丙烯(1-MCP)与α-环糊精(α-CD)包合物形成机理。用B3LYP/6-31G*法优化了α-CD和1-MCP的几何结构,并用PM3方法优化了所有包合物的初始几何结构,结果得到了1-MCP从2个不同端口进入α-CD形成包合物的2个能量最低的结构。在B3LYP/6-31G*水平对这2个能量最低结构的能量、氢键相互作用、Mulliken电荷转移、前线分子轨道进行了分析。结果表明,1-MCP从大口端进入α-CD空腔能量更低。最后,用B3LYP/6-31G*法计算了包合物的红外光谱。     

环糊精常温液态水化过程的受控分子动力学(SMD)模拟研究

受控分子动力学（Steered Molecular Dynamics,SMD）是一种新型的分子动力学方法。本文用SMD模拟方法研究了α-,β-和γ-环糊精在常温下从真空穿过气液界面进入水溶液的动态水化过程。模拟发现,在垂直于水溶液气液界面方向的微小外力作用下,三种环糊精在水溶液气液界面上沿着垂直于分界面方向都呈现出窄口端取向。结合环糊精的结构特点,对动态水化过程中各种氢键作用变化的分析表明：这种一致的取向是天然环糊精的结构特性的集中体现。     

不同模拟方法研究β-环糊精识别对映体分子

手性对映体分子的物理化学性质基本相同,其旋光性差异直接影响生物体内生理和药理的活性.本文以Builder和Discover-3模块为基础,在InsightⅡ平台上模建并优化,采用Dock刚性、柔性对接及GOLD柔性对接的方法,模拟了β-环糊精识别手性对映体的能力.通过利用DMS程序计算环糊精分子溶剂的可接触表面,用SPHGEN程序计算,产生球集,形成环糊精分子活性位点的负像;在环糊精分子上打格点,计算格点能;采用格点的打分函数打分,分子对接,保存分数最高的对接结果等步骤;表明手性识别的预测率从高到低依次是GOLD对接,Dock柔性对接,Dock刚性对接.由于刚性对接过程对映体分子保持刚性,导致手性识别效果最差,故分子柔性的作用不可忽视;GOLD对接在模拟环糊精对对映体手性识别方面要优于Dock对接模拟.因此,用GOLD对接建立了β-环糊精对对映体的手性识别模型,结合能越大,相互作用越强,形成的包合物越稳定.分析模型的结合能组分,以分子识别过程中的氢键作用为模型,则其手性识别预测结果正确率为45.5%:如以分子间氢键作用和范德华作用为预测模型,则其预测正确率为81.8%.表明手性识别的驱动力不仅有氢键的作用,也存在范德华力的作用.     

分子动力学模拟的柔性对接

分子自动对接技术在过去二十年里取得很大发展和成功,但是仍然面对如何处理分子柔性这样一个难题。这篇综述概要介绍分子柔性对接技术的进展并重点介绍分子动力学模拟技术。     

内皮素-1 在均匀流中构象改变的分子动力学模拟

内皮素ET-1(Endothelin-1)与其受体ETA(Endothelin-A)和ETB(Endothelin-B)的相互作用控制血管紧张度,维持血压,与心血管疾病关系密切。ET-1与血管内皮的ETB结合介导血管舒张,而与血管平滑肌的ETA和ETB结合则引起血管收缩。ET-1只有在存在正常血流的体内实验才表现出明显的舒张活性,且其结构具有柔性,故推测血流的剪切应力可能控制了它的构象,进而调控它与ETB的结合。文章利用流动分子动力学计算机模拟方法,研究了均匀流中质心受约束的内皮素ET-1的构象。实验结果观察到该分子的羧基端往氨基端靠近,整个分子变得紧凑。这个发现对研究ET-1与ETB的相互作用和设计基于ET-1的心血管药物将会有一定的指导意义。     

硅的平衡态分子动力学模拟

平衡态分子动力学模拟是研究既定系统向所期望的平衡态演化的一种方法,不仅可预测平衡态的各种性质,还为动力学加载过程提供合理的初始条件.本文主要研究Free、NVT、NVE平衡态分子动力学模拟中系统宏观量的演化过程;并讨论如何根据不同的初始条件,选择恰当的平衡态模拟方法.     

真空条件下肌酐的葫芦脲包合物的稳定性研究

葫芦脲因其特殊的结构特征,在主客体化学以及药物缓释等方面都具有潜在的价值。本文利用分子动力学模拟和Gaussian量子化学计算研究了肌酐的葫芦脲[n](n=5,6,7)的包合物在常温下的动态结构稳定性和热力学稳定性。在真空条件下,通过分子动力学模拟包合物在常温时的动态结构和运动轨迹,揭示了包合物的相对稳定性,并根据包合物的氢键及质心运动分析结果可知,肌酐-葫芦脲[7]包合物是稳定包合物。肌酐-葫芦脲[7]经热力学分析的吉布斯自由能变为负值,说明肌酐-葫芦脲[7]包合物的热力学也较稳定,这与分子动力学分析的结果一致。该结果表明,葫芦脲[7]对肌酐具有特异性亲和作用,理论上,可以利用葫芦脲[7]的这种特异性亲和作用清除尿毒症病人血液中过量的肌酐。     

羟丙基-β-环糊精对甲氧苄啶包合过程研究

采用Chem3D Ultra 8.0和SYBYL进行分子模拟以及相溶解度法探讨羟丙基-β-环糊精对甲氧苄啶包合的可能性,在此基础上用溶剂搅拌法制备甲氧苄啶羟丙基-β-环糊精包合物;单因素实验考察有机溶媒浓度、主客分子物质的量比、温度、搅拌时间、搅拌速度、pH值对包合性能的影响;选择影响较大的因素进行正交实验,以甲氧苄啶的回收率、包合率和载药率为指标,优选出最优工艺条件;并采用薄层色谱法和差示扫描量热法对包合物进行表征和确认。结果表明甲氧苄啶能被羟丙基-β-环糊精包合;最优工艺为主客分子物质的量比为3:1,反应体系pH为7.5,搅拌时间为4 h;薄层色谱法和差示扫描量热法均验证了包合物的形成。甲氧苄啶包合物溶解度较甲氧苄啶原药增加约26倍。     

分子动力学模拟的优化与并行研究

分析讨论了分子动力学模拟的算法特征和计算特点,对串行程序作了优化,并使之适合于作并行化。对模拟体系使用区域分解的方法,在计算节点间保留了部分重叠区域,采用基于消息传递的MPI设计平台,在可扩展机群上实现了并行化,获得了90%以上的并行效率。     

二氧化硅表面稠密的二氧化碳分子动力学模拟

采用分子动力学的方法研究二氧化硅表面二氧化碳的结构和扩散性质。二氧化碳在二氧化硅固体表面形成高密度层;而在远离固体表面处,流体的密度分布类似于宏观二氧化碳,取向分布比较随机。受固体表面的影响,二氧化碳的C-C径向分布函数第一峰的高度比宏观二氧化碳高。二氧化碳的密度分布和自由能分布有一明显的"镜面对称"的结构,高密度区域对应自由能的深阱。二氧化硅中的二氧化碳的自扩散行为是各向异性的,z方向的扩散由于固体面的作用明显受阻。由取向相关函数积分得到的二氧化硅表面流体的取向相关时间比宏观流体大的多,二氧化碳分子在固体表面再定位比较缓慢。     

自由能微扰法用于α-环糊精对氨基酸的手性识别研究

利用基于NAMD的自由能微扰方法(free energy perturbation,FEP)计算了α-环糊精与4种氨基酸对映体的相对结合自由能。结果表明：计算结果与实验结果可得到相同的结论,即α-环糊精对L型氨基酸具有较高的选择性,且识别能力的顺序与实验结果也基本一致。因此,相对结合自由能计算可作为α-环糊精对氨基酸对映体手性识别的依据。     

相同取代基α，α′-顺式二取代环十二酮优势构象及其相互转换的理论研究

为了探讨大环化合物的稳定构象以及构象间的相互转换，在CVFF（Consistent Valence ForceField）力场下，DMSO氛围中，通过分子动力学常温模拟研究相同取代基α，α′-顺式二取代环十二酮的构象特征，获得常温优势构象环骨架为[3333]，羰基位于C2位置，取代基分别位于α-边外向位、α-角顺位。也就是说，两个取代基的存在对分子的构象没有根本坏影响，环骨架继续保持[3333]构象，与已有的实验结果一致，但取代基所在边扭曲较大，随着取代基体积的增加，扭曲程度随之增大。动态分析表明，溶液状态下，相同取代基的α，α′-顺式二取代环十二酮存在两种互为镜像的[3333]-2酮构象，两种构象处于动力学平衡之中，其转换能垒随着取代基体积的增加而逐渐升高。     

分子动力学模拟中负载平衡方法的应用

文章针对三维分子动力学并行数值模拟中出现的负载不平衡现象,在静态负载平衡基础上,提出了一种简单有效的动态负载平衡算法。通过对三维分子动力学的并行数值模拟试验,此算法可以使得负载基本达到动态平衡,并进一步提高了并行效率。