全 文 ：第 卷 第 期
年 月 日 计算机与盖用化李 勺
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苯胺取代白叶藤碱衍生物与双链
相互作用的光谱及分子对接研究
张瑞芳 , 张瑞瑞 ,` 卢宇靖 ` , 汤志恺 , 张馄 `
广东工业大学轻工化工学院 , 广东 , 广州 ,
广州阳普医疗科技股份有限公司 , 广东 , 广州 ,
摘要 运用紫外吸收光谱法研究了苯胺取代白叶藤碱衍生物与小牛胸腺 的结合作用 光谱实验结果表明 , 衍生物可能是
以嵌插方式与小牛胸腺 结合 。并运用 一 方法对衍生物与双链 的相互作用进行了分子对接研究 , 分析了小
分子和受体的结合模式 对接结果表明 , 化合物插入到双螺旋 的碱基对中间 , 化合物与双链 的主要通过卜兀堆积作
用来相互结合。紫外实验和分子对接理论研究结果一致 , 两者相互补充 , 能够从实验和理论两方面协同研究药物分子与
之间的相互作用 。
关键词 白叶藤碱衍生物 双链 紫外滴定 分子对接 一
中图分类号 文献标识码 文章编号 一 一 一
引言
是经典的抗癌药物作用靶点 , 目前临床上使用
的许多抗癌药物作为非共价 结合剂而产生生物活
性〔〕。他们通过各种方式 , 如嵌插 、沟槽结合和外部静电
结合 , 作用于 , 引起螺旋结构的构象改变 , 从而影
响 结合酶 , 如 拓扑异构酶 、 多聚酶等
的正常功能降 。其中 , 对拓扑异构酶 的抑制是葱醒类
和 咙类抗癌药物抗肿瘤活性起效的主要机理 。通过抑
制拓扑异构酶 的活性能导致肿瘤细胞的 双链断
裂 , 从而引起肿瘤细胞死亡 。
白叶藤碱 , 最早从西非抗疟疾草药
。 , , 封 口 中分离得到 ,
具有典型的苯并 参咔琳结构 , 是一种自然界中比较稀少
的生物碱 。研究证明 , 白叶藤碱盐酸盐能以非对称方式
嵌入到双螺旋 中 , 抑制拓扑异构酶 活性 。最
近 , 本实验室研究发现 一脂肪胺链取代白叶藤碱衍生物
能通过稳定端粒 一四链体结构起到抑制端粒酶活性 , 从
而 抑制肿瘤细胞 生长 。叮健类 抗癌药物安 叮咤
, 是 年合成的 嵌入剂和拓扑异
构酶 抑制剂 , 目前许多国家将它作为急性白血病和恶
性淋巴瘤的治疗药物 , 在临床治疗中广泛使用 。白叶藤
碱与安叮咙共同含有类喳琳结构 , 本实验室参照安叮咙
的设计思路 , 已合成了一系列苯胺取代白叶藤碱衍生物
。本文运用紫外光谱法测定衍生物与小牛胸腺
的结合反应 , 并测定了结合常数 同时 ,
采用了 川 一 软件 , 研究了衍生物与双链 的
分子对接 , 探讨了苯胺取代白叶藤碱衍生物与双链
的作用模式和构效关系 。综合而言 , 光谱实验和分子对
接理论研究结果一致 , 从实验和理论两方面揭示了衍生
物与 的相互作用主要通过嵌插结合完成 ,为其抗癌
活性机理研究提供基础 。
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图 白叶藤碱 , 安叮陡 , 苯胺取代白叶藤碱衍生物
实验仪器与方法
实验仪器
小牛胸腺 是 化学公司的产品 ,其它试剂
均为分析纯 , 是广州试剂一厂的产品 。 一 型紫
外可见分光光谱仪 日本岛津公司 , 型 计 美
国 公司 。
紫外吸收可见光光谱滴定
在紫外可见光谱仪中 , 向参比池中加入 一 缓
冲溶液 一 一 , , 在样品池中加入
收稿日期 一 一 修回日期 一 一
基金项目 国家自然科学基金资助项目 加 广东省自然科学基金资助项目
作者简介 张瑞芳 , 女 , 山东人 , 博士研究生 , 山 浦
联系人 卢宇靖 一 , 男 , 广东人 , 博士 , 副教授 , 一 一
346 计其机与应用化学 ,
同样体积的 一 一的化合物溶液 。用微量进样
器分别逐次往参比池和样品池加入相同体积的
溶液 , 每次加入后体系搅拌 分钟 , 直至紫外
强度不再改变 , 扫描 一 紫外曲线 , 使
与样品浓度比值不断增加 , 直至饱和 , 样品的吸收峰不
再减色 , 加入 的总体积不超过原样品池中溶液
体积的 。
计算方法
所有计算工作在 服务器上进行 , 使用美国
公司的 软件包完成 。除特别说明外 , 所
有参数均采用默认值 。所有配体小分子预处理均采用同
一方法 , 对接时均采用同一预处理受体 。所有的化合物合成工作均参考本实验室己公开的专利 进行 。
体系准备
对接研究采用的双链 晶体结构下载于 数
据库 。 。该晶体结构为合成的 型
片段 , 长度为 , 序列为 【 , 含有
个 碱基对 , 为二氨基叮陡与双链 的复合物 。本
实验中删除所有水及其他配体分子 , 再以 力场
计算原子电荷 。
分子对接
采用 软件中的 一 程序对苯胺
取代白叶藤碱衍生物与双链 进行对接 。配体小分子
均用 的 模块绘制 ,采用 力场分子
力学程序 进行结构优化 , 负载
电荷 , 以 能量梯度法进行能量优化 , 最大优化次
数为 次 , 能量收敛标准为 住 , 一, , 优化后
得到其稳定构象 。
衍生物与双链 对接运用 一 方法完成
见表 , 首先抽离二氨基叮咙 , 设置 口袋阀值
值为 , 膨胀系数 为 , 然后通
过运算形成口袋 , 其他均为默认设置 。
结果与讨论
紫外光谱作用研究讨论
紫外可见吸收光谱法是研究小分子与 相互作
用机理的最常用的光谱法之一 。小分子化合物与 相
互作用后可能会发生最大吸收峰的偏移— 蓝移或者红
移 ,也会发生吸收强度的变化— 增色或者减色 。通常 ,
小分子与 的非共价键结合作用有 种方式 嵌入作
用 , 沟槽作用和外部静电作用 〔,叫 。一般认为 , 小分子
化合物与 相互作用后 , 吸收光谱发生减色红移 , 则
小分子化合物是以嵌插的方式与 结合 如果是发生
增色蓝移 , 则是结合于 的小沟槽部位 。而且 , 紫外
光谱减色率的大小以及红移程度可以初步反映小分子化
合物与 相互作用的强弱 。
由图 可以看出 , 衍生物 紫外吸收峰随 浓
本巍
比明比 彻
帕 训创卜了
图 化合物 和 与 相互作用的紫外滴定光谱图
度增加出现减色效应和红移现象 。这是因为插入的小分
子与 的碱基对发生兀电子堆积后 ,使其砂空轨道与碱
基的兀电子轨道发生偶合 , 能级下降 , 从而导致兀、兀跃
迁能减少 , 产生红移现象 。同时 , 偶合后的兀轨道因部分
填充电子 , 使跃迁几率减少 , 产生减色效应 。这些光谱
变化特征表明化合物 是以嵌入模式与 相互作用
的 , 并且具有较强的相互作用 。其他衍生物 的紫外
光谱 滴定实验中 , 也出现不同程度的红移及减色现
象 。此实验结果表明衍生物均以嵌插方式与 结
合 。衍生物 与 作用的详细光谱参数列于表 。
为了定量的比较化合物与 结合的强弱 ,我们通
过化合物最大波长峰吸光度的变化 , 按照下列方程式
计算了化合物与 的结合常数 。
。一。 。一 。一。
式中 表示 浓度 , 。, 。和 。分别表示 化
合物 , 自由化合物的摩尔吸光系数和完全结合后的化合
物的摩尔吸光系数 。以 凡一 对 作图 , 斜
率与截距的比值为结合常数 , 如图 所示 。结合常数
越大 , 化合物与 的结合作用越强 。各衍生物的结合
常数列于表 。从表中可知 , 本文各衍生物与 之间
有较强的相互作用 。其中 , 不同取代基化合物与 的
作用能力不同 。当取代基相同时 , 取代基位于苯胺 位
的衍生物比 位衍生物结合能力更强 。
, 张瑞芳,等苯胺取代白叶藤碱衍生物与双链 相互作里塑够兰全塑些燮窒
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图 化合物 和 与 作用的结合常数犬拟合图
表 衍生物与 作用的光谱特性 、结合常数
及分子对接分数
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分子对接
蛋白质数据库 中尚无小牛胸腺
的结构信息 , 基于 主要由 型双链
所构成 , 因此文中选用序列为 的双链
晶体结构 代替 卜 , 研究衍生
物与双链 的分子对接 。该晶体结构是长度为
的 型 片段与二氨基叮咤形成的复合物 。对接实
验中采用了 闭 一 对接软件 ,选取以上复合物晶体
结构作为模板 , 扣除原有配体后 , 进行衍生物与双链
的对接运算 。受试衍生物 和 与双链 的
对接图见图 。
图 化合物 和 与双螺旋 的对接模型
通过观察衍生物 与 对接结果可知 , 衍生
物与双链 的相互作用的模式有 种 , 即卜 堆积相
互作用和静电相互作用 。图 中 , 衍生物 和 “新
月 ”状的母核能嵌插到双链 的第一个碱基对和第二
个碱基对中 , 形成 “三明治 ”的结构 , 同时母体与碱基存
在近距离接触 。这种结合方式十分有利于
母体通过二一二堆积作用与 碱基发生相互作用 观察
发现随着衍生物分子的插入 ,双螺旋 相邻 个碱基
对之间的距离变大 。另外 , 衍生物母体季钱盐结构所带
正电荷刚好与带负电性的碱基拨基发生静电作用 。
从表 中对接分数可知 , 实验室所合成的衍生物与
的结合能力均大于安叮睫 苯胺 位取代衍生物与
的作用能力弱于 位取代衍生物 , 此结果与紫外滴
定实验确定的结合常数 规律一致 。从分子对接结果中
可知 , 由于 位取代的空间位阻 , 降低了取代苯胺环旋
转的灵活性 , 从而不利于母核完全插入到 碱基对
中 , 也不利于取代苯胺环伸入到 沟槽中 此外 , 取
代基电负性大小顺序为 , 结合常数 及对接
打分中得知衍生物与 结合能力大小顺序亦为 一
一 一 即随着电负性的增加 , 衍生物与 的
结合力也越强 。
结论
通过紫外光谱滴定及 一 分子对接实验研
究了 个苯胺取代白叶藤碱衍生物与双链 之间的相
互作用 , 并阐述了衍生物与 的结合方式 , 得出影响
其结合能力的关键因素 。研究表明 衍生物主要通过嵌
插作用方式 , 插入到 的碱基对中 , 取代基的空间位
阻及电负性影响其结合能力的强弱 紫外实验和分子对
接理论研究结果基本一致 , 为今后进一步的生物活性机
理研究提供了依据和参考 。
3 4 8 计算机与应用化李 ,
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中文参考文献
卢宇靖 , 张馄 , 等 一种苯胺基取代甲基苯并吠喃哇琳衍生物
及其备方法和应用 中国 , , 一一
黄绍智 , 黎姗 , 庞冀燕 , 陈文华 一不同位阻取代小聚碱衍生
物的合成及对 键合作用的影响 中山大学学报 自然科
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