药物小分子6-硫鸟嘌呤和丙硫氧嘧啶分子的结构及其与人血清白蛋白相互作用的研究

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6-硫鸟嘌呤(6-thioguanine,简称6-TG)作为一种抗消炎、抗肿瘤和抗病毒药物,是治疗白血病的常用药物。丙硫氧嘧啶(Propylthiouracil,简称PTU)是一种治疗成人甲状腺功能亢进的药物。人血清白蛋白(Human Serum Albumin,简称HSA)是一种重要的运输蛋白,可以和许多内源物质和外源物质结合,如氨基酸、胆汁酸、激素和药物。通过血浆中的血清白蛋白,药物进入体内后被运输到身体的各部位发挥相对应的药效及药理作用。因此,从分子水平上表征药物与人血清白蛋白的作用机制,不仅有利于人们了解药物在人体内的代谢过程,指导临床合理用药,而且对新药物的研发和临床应用提供重要的信息。  表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman Scattering,简称SERS)是与吸附分子有关的一种特殊表面光学现象。它具有高灵敏度特点,并且能有效消除拉曼散射光谱测量中的荧光背景,已经在众多领域被广泛地应用,例如:生物学、化学、材料、生物医学以及药物学等等。  密度泛函理论(Density Function Theory,简称DFT)它是一种研究多电子体系电子结构的量子力学方法,可以优化分子结构和预测分子的拉曼光谱。近年来,在物理和化学上有着广泛的应用,特别是用来研究分子的性质,其与表面增强拉曼光谱的结合研究被越来越多的领域受到广泛关注。  分子对接(Molecular docking)是依据配体与受体作用的“锁-钥原理”(lock andkey principle),模拟小分子配体与受体生物大分子相互作用。近年来,其结合多种光谱技术(荧光、紫外和拉曼)被应用于小分子和大分子相互作用的研究中。  因此,本学位论文主要利用表面增强拉曼光谱技术、密度泛函理论计算及分子对接模拟技术研究了6-TG与PTU的分子结构及其与HSA的相互作用,采用荧光光谱和紫外可见吸收光谱作为辅助手段研究二者与HSA的相互作用。本论文的研究内容和结果如下:  (1)简要介绍了本文的研究对象,包括药物分子6-TG、PTU和人血清白蛋白及其相互作用。  (2)简要介绍了本文的实验研究技术,包括拉曼光谱技术、荧光拉曼光谱技术和紫外光谱技术三者的原理和特征,同时重点介绍了表面增强拉曼光谱的增强机制,增强基底的制备方法。同时也简要介绍了本文的计算机应用技术,包括密度泛函理论计算和分子对接模拟技术。  (3)采用计算机辅助技术分子对接技术研究了6-TG和PTU与HSA相互作用,并获得了6-TG和PTU与HSA相互作用的结合位点和结合模式,即6-TG和PTU分别位于HSA的亚域ⅡA和ⅢA的疏水腔中,二者通过氢键分别与HSA中的天冬氨酸残基(451)和赖氨酸残基(436)结合,这为6-TG和PTU对HSA的影响提供了一定的理论依据。  (4)基于B3 LYP/6-311++g(d,p)为基组的密度泛函理论计算,详细分析和归属了6-TG和PTU的普通拉曼光谱谱峰。同时,采用Au纳米粒子作为基底检测并分析了6-TG和PTU的表面增强拉曼光谱谱峰,对其谱峰进行了归属,并分析了其在金纳米粒子表面的吸附状态。研究表明6-TG分子通过N1-C6=S部分以一定的倾斜角度吸附在Au胶表面, PTU分子的丙基基团和S原子相比氧原子更靠近Au纳米粒子表面,同时,它通过S原子以一定的倾斜角度吸附在Au纳米粒子上。另外,还研究了浓度对PTU的表面增强拉曼光谱的影响,发现在较高浓度下,PTU分子倾向于通过丙基基团和S原子以一定倾斜的角度吸附在Au胶表面,O原子远离Au胶表面;在低浓度时,PTU分子倾向于通过O原子吸附在Au胶表面,而丙基基团和S原子则远离Au胶表面。这些对小分子药物6-TG和PTU与HSA相互作用的表面增强拉曼光谱的研究提供重要的指导信息。  (5)利用SERS检测灵敏度高的特点研究了6-TG和PTU与HSA在Au胶中的相互作用,得到了其与HSA的结合方式,结果表明6-TG和PTU与HSA相互作用时的结合位点分别是6-TG的N1H14与NH2,和PTU的N3H和C=O。  (6)利用荧光和紫外光谱技术研究了6-TG与HSA的相互作用,结果表明6-TG与HSA相互作用机制是静态猝灭过程。同时,也利用荧光光谱技术研究了6-TG与HSA在Au胶中的相互作用,由此佐证了表面增强拉曼光谱技术的结论。
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