环糊精包结作用的分子模拟研究

【摘要】：环糊精(cyclodextrin，CD)“内疏水，外亲水”的特性使得许多客体分子可全部或部分嵌入环糊精的空腔，并与其形成包结化合物。由于环糊精的包结行为，使得环糊精及其衍生物在生物医药、手性分离以及超分子构筑等领域内都有重要的应用。但是由于目前实验方法的不足以及实验条件的限制，人们对环糊精包结作用的研究中仍然存在着许多未知或不是十分清楚的问题。而分子模拟的方法可以摆脱某些实验条件的限制，直观地预测环糊精与客体分子形成包结物的三维结构，包结物的稳定性，并能对包结物形成的驱动力进行分析。本论文应用分子力学和分子动力学方法对环糊精包结体系进行了研究，主要内容包括： 1．介绍了环糊精的结构特性，研究方法以及环糊精在几个重要领域内的应用，重点阐述了分子模拟方法中的分子力学和分子动力学方法，及其在环糊精化学中的应用进展。 2．将自行研制的柔性对接算法FDOCK用于9对芳香性手性化合物的手性识别研究。在手性分子与β-CD形成包结物的过程中同时考虑了手性分子的两种包结取向，并用一个非线性经验自由能关系模型计算了包结物的稳定常数，得出了与实验结果一致的稳定性顺序。对计算结果的分析表明，形成的包结物尽管有优势取向的存在，但另一种取向对包结稳定常数也有一定的贡献。通过分析包结物最低能量结构的能量组成可以得出β-CD与手性化合物形成包结物的主要驱动力是范德华力。进一步分析对映体间两取向平均相互作用能的差值可以得出：β-CD对手性化合物的识别是范德华相互作用、静电相互作用以及疏水效应相互补偿或协作的结果。此项研究为环糊精在手性识别中的应用提供了理论基础。 3．环糊精可以从细胞膜中提取磷脂组分形成包结物，从而引起细胞膜的溶血现象。其中，磷脂极性头部基团的性质是影响环糊精从细胞膜中提取磷脂的一个重要因素。为此，用刚性对接和柔性对接相结合的方法研究了磷脂酰肌醇(PI)，磷脂酰丝氨酸(PS)，磷脂酰乙醇氨(PE)的头部基团与α-，β-及γ-CD形成包结物的过程。文中考察了磷脂头部穿过环糊精空腔的两种包结取向：磷脂头部从小口端(取向Ⅰ)或大口端(取向Ⅱ)进入环糊精的空腔。两种对接方法分别快速地给出了包结过程中可能存在的能量势垒及能量分布的信息。进一步研究包结过程的