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分子间的相互作用在自然界中普遍存在,在整个生命过程中都发挥着重要的作用,超分子体系主体-客体的分子识别、生物体系配体-受体的作用都属于这一领域的研究内容。使用计算化学和分子模拟的方法对分子间的相互作用本质进行研究,具有重要的理论意义和现实意义。本论文以超分子体系杯[4]吡咯-阴离子的弱相互作用和生物体系生长素-受体TIR1的相互作用为研究对象,进行了以下两个方面的研究工作:
(1)采用密度泛函B3LYP方法对β-三氰基乙烯取代杯[4]吡咯主体分子及其与阴离子(F-、Cl-、CH3COO-、H2PO4-)形成的复合物进行研究。结果表明,β-三氰基乙烯取代杯[4]吡咯可与阴离子以分子间氢键相互作用形成复合物,并且其与阴离子结合能力大小的顺序为F->CH3COO->H2PO4->Cl-,与实验结果基本一致;通过与杯[4]吡咯对比可见,强吸电子取代基的引入增强了主体分子对阴离子的结合能力。从几何构型、振动光谱、NBO分析以及前线轨道等方面来阐述β-三氰基乙烯取代杯[4]吡咯与不同阴离子氢键相互作用的本质以及吸电子取代基的引入对杯[4]吡咯与F-和Cl-之间主-客体相瓦作用的影响。
(2)基于最新得到的拟南芥运输抑制剂响应蛋白质1(TIR1)与吲哚乙酸(IAA)复合物的晶体结构,使用分子对接方法和分子动力学方法对TIR1与生长素相互作用的方式进行了研究。分子对接的计算结果表明,通过逐级考虑辅酶InsP6和中心水分子的影响,发现辅酶lnsP6和中心水分子对生长素IAA正确结合到活性位点有重要作用。四个生长素类分子IAA、1-NAA、2,4-D、2-NAA与TIR1的结合能力顺序为IAA>1-NAA>2,4-D>2-NAA,与实验结果基本吻合。氢键作用和疏水相互作用可能是影响氯取代IAA与TIR1结合能力的重要因素,而氢键作用又在其中起到了关键作用。分子动力学的计算结果表明,TIR1-IAA复合物体系在整个模拟过程中较为稳定,两个水分子相继作为中心水分子与生长素IAA形成了稳定的氰键作用,IAA与活性位点处残基的相互作用与晶体结构相比略有差异。