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蛋白质晶体结构中被低估的非键相互作用

蛋白质晶体结构中被低估的非键相互作用

Discovery Studio 2.0的模块扩展及应用:残基水平非键相互作用能量的自动批量计算

2019中国化学会第十五届全国计算（机）化学学术会议

作者：徐志建朱维良中国科学院上海药物研究所

药物分子与靶标蛋白一般都是通过非键相互作用（即非共价作用力:氢键、阳离子-π作用、π-π作用、离子键、卤键等）而发挥药效的,其中氢键是最常见也最重要的一种结合作用。在药物-靶标形成的复合物晶体结构中,可以直观地看到非键相互... 详细信息

药物分子与靶标蛋白一般都是通过非键相互作用（即非共价作用力:氢键、阳离子-π作用、π-π作用、离子键、卤键等）而发挥药效的,其中氢键是最常见也最重要的一种结合作用。在药物-靶标形成的复合物晶体结构中,可以直观地看到非键相互作用的分布。基于"非键相互作用饱和度"的新参数（晶体结构中观测到的非键相互作用数与假非键相互作用数之比值）,通过对蛋白质结构数据库（PDB）的统计分析,发现晶体结构中蛋白质-配体或者蛋白质-蛋白质形成的多种非键相互作用普遍被低估,且晶体的解析分辨率越低,这种低估现象越严重。并且,这种低估作用目前还不能通过软件程序进行恢复。PDB晶体结构中的非键相互作用在分辨率1.5-2.0?下即开始被低估,恢复这些被低估的相互作用将有助于设计活性更好的药物。这为晶体结构精修软件的发展提示了一个方向,同时也对药物设计理论方法的发展提出了更高的要求。

关键词：晶体结构非键相互作用氢键结构精修药物设计

来源： cnki会议评论

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动物学研究（英文） 2011年第3期32卷 262-266页

作者：高跃东黄京飞中国科学院昆明动物研究所遗传资源与进化国家重点实验室云南昆明650223 中国科学院研究生院北京100049 中国科学院昆明动物研究所-香港中文大学生物资源与疾病分子机理联合实验室云南昆明650223

非键相互作用对于生物体系中的分子识别和结合过程起着关键作用。然而,传统的方法并不能在残基水平自动批量计算非键相互作用。近年来,已经发展了一些方法和工具进行非键相互作用的计算分析。该文研究发展了一种可以自动计算残基间非键... 详细信息

非键相互作用对于生物体系中的分子识别和结合过程起着关键作用。然而,传统的方法并不能在残基水平自动批量计算非键相互作用。近年来,已经发展了一些方法和工具进行非键相互作用的计算分析。该文研究发展了一种可以自动计算残基间非键相互作用的方法,即用Perl脚本调用Discovery Studio 2.0(DS 2.0,Accelrys Inc.)底层模块中的非键相互作用协议,实现了直接利用命令行批量计算非键相互作用能量,而无需通过DS2.0的图形界面。该方法扩展了DS2.0的计算模块,并于近期运用到了复合结构的研究分析中。

关键词：非键相互作用模块扩展 Discovery Studio 2.0

多组分体系中非键相互作用与配位相互作用的相关性

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多组分体系中非键相互作用与配位相互作用的相关性

作者：潘淑臻中国科学技术大学

学位级别：硕士

环糊精(β-Cyclodextrin,简称β-CD)和聚乙二醇(PEG)分别作为一类重要的超分子大环主体和聚合物,它们具有的特殊的结构使其可以通过非键相互作用与多种有机分子,无机离子,高分子,以及稀有气体等客体分子形成包合物和聚集体.在本论文中... 详细信息

环糊精(β-Cyclodextrin,简称β-CD)和聚乙二醇(PEG)分别作为一类重要的超分子大环主体和聚合物,它们具有的特殊的结构使其可以通过非键相互作用与多种有机分子,无机离子,高分子,以及稀有气体等客体分子形成包合物和聚集体.在本论文中我们首先对环糊精化学中的非键相互作用和配位化学中的配位作用进行了比较,然后通过采用β-CD和PEG分别作为研究包合作用和聚集体的主体,并利用最常用的具有配位作用的乙二胺四乙酸二钠的一系列类似物来考察包括分子间相互作用,分子-离子相互作用等在内的非键相互作用和金属-配体配位作用时的情况.对于这样的一个多组分体系的分析和研究是非常重要并且是非常必需的,因为这些相互作用中的任何两种都能彼此影响.论文的主要内容如下: 1.首先考察了乙二胺四乙酸及其钠盐(NaHEDTA, n = 0, 2,配体)在与β-环糊精(CD,主体)作用前后在谱学特征和热分解行为和化学反应性上的差异性.研究结果表明,β-CD与NaHEDTA加合物的谱学行为(如微结构和分子堆积)受控于非键相互作用和配体的本性.在空气和氮气气氛下,配体NaHEDTA与β-CD加合之后在热分解行为中均呈现出非常有趣的变化.例如,β-CD的存在极大地加速了配体NaHEDTA在空气中较低温度,如653K的分解.并且,从热重分析的结果我们可以看出,在氮气气氛下, NaHEDTA在改变β-CD的最大分解温度,最大分解速率和残存质量方面起着迥异的作用.此外,在有无β-CD存在下的四种配体对氯化铜的配位反应的差异性揭示了配体和β-CD之间的非键相互作用对配位反应影响的差异性.我们认为,这些结果为物理化学和超分子化学构建了一个桥梁,并促进我们进一步理解了非键相互作用的相关因素 2.利用NaHEDTA和β-CD作用前后所显现出来的堆积结构和热分解行为的差异性揭示了它们之间的非键相互作用.其中,电导实验不仅证实了这种非键相互作用的存在,还表明这种相互作用的作用程度与β-CD的浓度有关.更重要的是,这种非键相互作用致使NaHEDTA和氯化铜之间配位相互作用降低.并且这种降低对β-CD呈现出浓度依赖性的关系.同时,我们在NaHEDTA的类似物存在下利用紫外-可见分光光度法也观测到了类似的现象.基于此,我们提出一个大胆的假设:非键相互作用和配位相互作用之间存在着一种竞争关系.然后,我们对这个假设给出了一个合理的解释.紧接着,核磁实验为β-CD与H2EDTA和它的配合物离子之间的相互作用的作用模式的差异性提供了重要的信息.这不仅为非键相互作用的存在提供了最直接证据,还从超分子角度上揭示了多组分体系中非键相互作用与配位相互作用的相关性. 3.基于前面的研究,我们尝试去回答一个基本的问题,那就是一个聚合物和一个配合物之间的非键相互作用的结果会怎么样在这里,我们选取PEG-4000和HEDTA的铜的配合物来解决这个问题.我们的结果显示出了若干个有趣的发现.首先, H[Cu(EDTA)]的引入并没有影响PEG-4000 (PEG-b)的堆积行为,但是却导致聚合物的表面结构发生了巨大的改变.第二, PEG-b和它的加合物H[Cu(EDTA)]-PEG-b的最大降解温度之间存在一个117K的温度差,暗示了它们之间的非键相互作用能极大地增强PEG-b的热稳定性.第三,烧结实验显示H[Cu(EDTA)]和H[Cu(EDTA)]-PEG-b产生了完全不同的降解产物.前者在氮气气氛下生成了Cu晶体,在空气中生成了CuO.但是后者却在这两种气氛下得到了两种结晶性良好的不同的Cu和CuCl晶体.最后,粘度,电导和核磁这三个独立的实验从非键相互作用的两个方面为这个问题提供了非常有用的信息和深刻的见解.并提出了这种非键相互作用的可能的作用机制和作用位点.我们认为当前的这项研究可以在对于理解一个金属配合物和一个聚合物之间的非键加合作用与加合组分的物理和化学性质的相关性方面开创一个新的领域.

关键词：环糊精聚乙二醇非键相互作用配位相互作用乙二胺四乙酸二钠多组分系统

1,1-二氟乙烷和1,2-二氟乙烷分子内原子间非键相互作用(英文)

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物理化学学报 1992年第1期8卷 33-38页

作者：梁伟根严继民胡日恒中国科学院化学研究所北京100080

用从头算势诱导极小二乘拟合(PD/LSF)和(exp-6-1)函数研究了1.1-二氟乙烷和1,2-二氟乙烷分子内非键原子间的相互作用。计算结果表明,同分异构体的能量稳定性差,在于分子内非键原子间的相互作用。该模式提供了一种简单、实用的研究分子... 详细信息

用从头算势诱导极小二乘拟合(PD/LSF)和(exp-6-1)函数研究了1.1-二氟乙烷和1,2-二氟乙烷分子内非键原子间的相互作用。计算结果表明,同分异构体的能量稳定性差,在于分子内非键原子间的相互作用。该模式提供了一种简单、实用的研究分子内非键相互作用的方法。

关键词：二氟乙烷分子非键相互作用

溴EXAFS—探讨分子以上层次结构和非键相互作用的新路

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北京同步辐射装置年报 1998年第1期 89-92页

作者：徐怡庄胡天斗等中科院化学所北京100080 中科院高能物理研究所北京100039

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基于分子模拟的聚醚醚酮拉伸力学行为与改性

航空材料学报 2022年第2期42卷 47-56页

作者：张可姚重阳李栋宇牛飞王博李桐大连理工大学工程力学系工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024 中材科技风电叶片股份有限公司北京100192 中国运载火箭技术研究院北京100076

采用分子动力学方法预测聚醚醚酮(PEEK)的拉伸力学性能,对PEEK分子模型进行各向异性控压的非平衡态拉伸模拟,获得PEEK材料的应力-应变曲线,计算弹性模量、屈服强度等力学性能。分析不同应变率和温度下PEEK的力学性能、自由体积、均方回... 详细信息

采用分子动力学方法预测聚醚醚酮(PEEK)的拉伸力学性能,对PEEK分子模型进行各向异性控压的非平衡态拉伸模拟,获得PEEK材料的应力-应变曲线,计算弹性模量、屈服强度等力学性能。分析不同应变率和温度下PEEK的力学性能、自由体积、均方回转半径和体系能量随拉伸应变的变化规律,进而解释PEEK分子链特征与材料宏观性能的关系。结果表明:随着应变率的增加,PEEK的弹性模量和屈服强度大幅提高;随着温度的增加,PEEK的弹性模量和屈服强度大幅降低;在拉伸弹性和屈服阶段体系的自由体积增加较快,分子链的均方回转半径基本不变,体系总势能以非键能为主。非键相互作用是影响PEEK弹性模量和屈服强度的一个主导因素,由此提出氨基修饰PEEK侧链的改性策略,结果表明,氨基官能化PEEK的弹性模量和屈服强度较PEEK分别提升21%和34%。

关键词：聚醚醚酮分子动力学力学性能非键相互作用氨基官能化

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小分子糖对猪肉冻藏品质的影响及机理探究

小分子糖对猪肉冻藏品质的影响及机理探究

作者：徐世杰合肥工业大学

学位级别：硕士

冷冻是猪肉主要的贮藏方式。肉品冷冻贮藏期间存在重量损失和蛋白质等组分的氧化变性,品质趋于劣变。小分子糖是常见的食品(面点、冰激凌、水产品等)冷冻保护剂,其对猪肉的冷冻保护作用有待挖掘。为提升冷冻肉品质,本文研究了小分子糖... 详细信息

冷冻是猪肉主要的贮藏方式。肉品冷冻贮藏期间存在重量损失和蛋白质等组分的氧化变性,品质趋于劣变。小分子糖是常见的食品(面点、冰激凌、水产品等)冷冻保护剂,其对猪肉的冷冻保护作用有待挖掘。为提升冷冻肉品质,本文研究了小分子糖在冻融过程中对猪肉品质影响、基于糖-肌原纤维蛋白-水分子相互作用探究了小分子糖冷冻保护作用机理,研究了小分子糖在长期(120d)冷冻贮藏期间对猪肉品质的影响。结果如下:(1)比较了8种常见小分子糖(海藻糖、壳寡糖、褐藻寡糖、卡拉胶寡糖、聚葡萄糖、抗性糊精、低聚半乳糖和低聚异麦芽糖)的冷冻保护作用。综合比较后海藻糖整体效果最好:8种小分子糖均降低了肉品冰点。海藻糖和壳寡糖分别将肉的解冻损失降低了42.63%和51.41%。添加小分子糖后,肉的p H降低、色泽变亮,嫩度上升。海藻糖有益于改善肉的气味、质构等感官品质,适宜在肉品中作为冷冻保护剂应用。海藻糖使肉的p H由5.94降低至5.88,亮度值由51.09上升至57.54,蒸煮损失略微上升1.2%,剪切力降低35.79%,感官评价总体接受度最高。(2)通过场发射扫描电镜、低场核磁共振分析、傅里叶转换红外光谱等实验手段,重点探究了海藻糖和壳寡糖与肌原纤维蛋白之间存在的氢键、静电相互作用等相互作用形式。结果显示,海藻糖和壳寡糖降低了冻融过程中的冰晶体积,缓解了肌纤维变形。海藻糖和壳寡糖将肉品中的不易流动水比例由96.59%分别提升至97.39%和97.52%。海藻糖和壳寡糖提高了肌原纤维蛋白中的氢键含量,使肌原纤维蛋白空间结构趋于疏松:β-折叠和α-螺旋结构和含量由39.62%和26.95%分别降低至34.53%、35.60%和19.39%、18.77%。海藻糖和壳寡糖降低了肌原纤维蛋白表面静电荷量绝对值,促进疏水基暴露,将肌原纤维蛋白Zeta电位由-32.56m V降低至-25.2m V和15.43m V,I760/I1003归一化强度由0.88分别上升至0.91和1.03。综合分析上述小分子糖对肉品中水分和肌原纤维蛋白的影响,本文提出小分子糖的冷冻保护机理为通过改善水分分布降低冰晶体积,通过与肌原纤维蛋白结合降低冷冻对其结构破坏,最终提高肉的保水性。(3)通过为期120d的贮藏实验探究了海藻糖在长期冷冻贮藏过程中对肉品质的影响。结果显示,随着冷冻贮藏时间的延长,肉中肌原纤维蛋白氧化变性、脂质氧化、解冻损失上升,肉丸出品率降低、质构劣变。这反映了肉品质在冷冻贮藏期间的劣变。添加海藻糖延缓了原料肉中上述理化特性和品质劣变。与磷酸盐相比,海藻糖的保水性稍差,而保护肌原纤维蛋白的作用较强。海藻糖和磷酸盐之间存在一定的协同作用,存在复配增效的潜力。

关键词：小分子糖猪肉冻融过程冷冻保护作用非键相互作用

XYG3型双杂化密度泛函方法新进展：从能量到能量的解析梯度

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中国科学：化学 2013年第12期43卷 1761-1779页

作者：苏乃强徐昕分子催化与功能材料上海市重点实验室物质计算科学教育部重点实验室复旦大学化学系上海200433

本文回顾了现代密度泛函理论的基础,着重评述了XYG3型双杂化(XYG3 type of doubly hybrid,xDH)泛函的最新进展,解析能量梯度的实现.XYG3是首个依照绝热途径理论建立的双杂化泛函,在具体实现上具有独特的构架.该类型泛函利用常用泛函(如B... 详细信息

本文回顾了现代密度泛函理论的基础,着重评述了XYG3型双杂化(XYG3 type of doubly hybrid,xDH)泛函的最新进展,解析能量梯度的实现.XYG3是首个依照绝热途径理论建立的双杂化泛函,在具体实现上具有独特的构架.该类型泛函利用常用泛函(如B3LYP或PBE0等)作母泛函来进行自洽计算,以期获得更好的密度和轨道,然后将所得到的轨道和密度信息带入到xDH泛函中以得到最终能量.由于自洽泛函和最终能量泛函不同,因而在计算解析能量梯度时需要求解耦合微扰Kohn-Sham方程.在此基础上,还评述了xDH泛函在能量,尤其是构型优化方面的具体表现.测试的构型集包括以共价键键合的分子和非键相互作用体系的平衡结构,以及反应过渡态结构.结果表明,xDH双杂化泛函总体上给出了比母泛函更好的能量和几何构型.

关键词：密度泛函解析能量梯度几何构型非键相互作用过渡态结构 XYG3 xDH — PBE0 B3LYP PBE0

丙纶滤料LB500和LB550的耐酸腐蚀性能比较

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天津工业大学学报 2012年第6期31卷 37-40页

作者：李岱霖刘洋龙降雪叶妍萍杨丽君洪和平邱新标厦门理工学院环境工程系福建厦门361024 厦门美达斯环保工业有限公司福建厦门361027

利用溶液腐蚀法,在酸度、温度和时间3因素实验水平下,比较了丙纶LB500和LB550的耐酸腐蚀性能.结果表明:LB550的耐酸腐蚀性能优于同条件的LB500,温度越高,优势越显著;造成2种丙纶材料耐酸腐蚀性能降低的原因可能是LB550分子链间非键相互... 详细信息

利用溶液腐蚀法,在酸度、温度和时间3因素实验水平下,比较了丙纶LB500和LB550的耐酸腐蚀性能.结果表明:LB550的耐酸腐蚀性能优于同条件的LB500,温度越高,优势越显著;造成2种丙纶材料耐酸腐蚀性能降低的原因可能是LB550分子链间非键相互作用遭到部分破坏,而LB500发生了氧化作用.

关键词：丙纶滤料耐酸腐蚀非键相互作用氧化作用