一种典型化合物对生物体膜作用表征参数的确定方法
【专利摘要】本发明属于环境污染检测【技术领域】，涉及一种基于分子模拟替代正辛醇/水分配系数确定典型化合物对生物体膜作用参数的方法，包括步骤：(1)获取典型化合物的结构；(2)确定典型化合物与磷脂双分子膜的相互结合能Ebinding；(3)获取典型化合物小分子的正辛醇/水分配系数logKow，验证Ebinding与logKow之间的线性相互关系。本发明的适用范围广，仅采用软件模拟方法准确地预测化合物与磷脂双分子膜的相互作用，从而替代正辛醇/水分配系数化合物在水/生物膜之间的相互作用，为环境污染物的毒性预测和生态风险评价提供科学依据。
【专利说明】一种典型化合物对生物体膜作用表征参数的确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于环境污染检测【技术领域】，涉及一种基于分子模拟替代正辛醇/水分配 系数确定化合物对生物体膜作用参数的方法。
【背景技术】
[0002] 生物体最基本的单位是细胞，细胞由一层生物膜与外界环境相隔离。化合物与细 胞内靶蛋白结合前必须透过生物膜，因此化合物对生物的毒性首先取决于其与生物膜的相 互作用。正辛醇/水分配系数（l〇gU是目前表征化合物对生物体膜作用的经典方法，其 在化合物的毒性及其生态风险评价中起到非常重要的作用；
[0003] 目前获得正辛醇/水分配系数（logU的经典方法是采用摇瓶法测定，但是由于 实验室测定需要平衡时间等问题，正辛醇/水分配系数（logU的摇瓶法测定是一个耗时 的过程，因此对于目前环境中存在的大量的化合物以及即将合成的新的化合物，一一测定 显然是不可能，而且也是一个滞后的过程。
[0004] 因此，人们提出了计算得正辛醇/水分配系数的方法（例如利用Chemoffice软件、 碎片法计算等），但是这些方法很多都是基于热力学或者化合物化学性质提出的，仅考虑了 化合物的化学性质。
[0005] 同时，近年来随着研究的不断深入，研究者们还指出正辛醇/水分配体系在表征 化合物对生物膜作用时还存在着不足，特别是正辛醇为液态溶剂，其流动性远大于生物膜； 同时正辛醇只能模拟磷脂双分子层的疏水性内核，它不能准确模拟化合物与生物膜的相互 作用[1，2]。
[0006] 综上所述，正辛醇/水分配系数（logKow)在测定、计算和表征上都存在一定的不 足，并不是表征化合物对生物体膜作用的最好的方法。
[0007] 近年来，随着分子对接技术的不断发展，通过研究小分子与生物受体蛋白之 间的相互作用，可以预测他们之间的结合模式和结合亲和力。大量研究表明结合能 (interaction energy, Ebinding)已经能够很好表征化合物与生物受体蛋白的相互作用。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷而提供一种典型化合物对生物体膜作 用表征参数的确定方法，可为污染物基本毒性预测提供科学依据。
[0009] 为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
[0010] 一种典型化合物对生物体膜作用表征参数的确定方法，其包括以下步骤：
[0011] (1)获取典型化合物的结构；
[0012] (2)确定典型化合物与磷脂双分子膜的相互结合能Ebinding ;
[0013] (3)获取典型化合物小分子的正辛醇/水分配系数logK"，验证Ebinding与logKOT 之间的线性相互关系。
[0014] 所述的典型化合物为任意非极性麻醉型化合物。
[0015] 所述的步骤（1)中，通过Chemoffice软件获取典型化合物的3D结构。
[0016] 所述的步骤（2)中，确定典型化合物与磷脂双分子膜的相互结合能（CD0CKER interaction energy, Ebinding)，米用软件 Discovery Studio 计算获得。
[0017] 所述的典型化合物与磷脂双分子膜的相互结合能（⑶OCKER interaction energy, Ebinding)的计算方法，具体包括以下步骤：
[0018] (2. 1)、选择磷脂双分子膜为受体，根据Discovery Studio软件内置的定义和编辑 结合位点（Define and edit binding site)寻找结合区域；
[0019] (2. 2)、进行典型化合物与磷脂双分子膜的对接；
[0020] (2. 3)、对接结束后，获取化合物与磷脂双分子膜的相互结合能。
[0021] 所述的步骤（3)中，采用软件EPI SuiteTMv4. 11，获取典型化合物的正辛醇/水分 配系数logKow ;通过建立一元一次方程验证Ebinding与logKow之间的线性相互关系。
[0022] 本发明提出直接采用磷脂双分子膜直接代表生物体膜，采用分子对接技术计算出 化合物与磷脂双分子膜对接的结合能（⑶0CKER interaction energy, Ebinding),表征化 合物对生物体膜作用，从而替代正辛醇/水分配系数的计算方法，克服正辛醇表征生物体 膜的上述不足。
[0023] 在本发明中，利用分子对接技术得出正辛醇/水分配系数的替代参数，与传统的 正辛醇水/分配系数相比本发明具有如下优点：
[0024] 1、根据已有的化学物结构和已有的受体（蛋白）信息，预测化学物质的毒理学性 质，具有预测通量大、投入少、成本低、效率高等优点。
[0025] 2、适用范围广，无需复杂的检测设备，不造成试验和环境污染。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1为磷脂双分子层3D结构图。
[0027] 图2为本发明实施例中Ebinding与logK"关系图。
【具体实施方式】
[0028] 以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
[0029] -种化合物对生物体膜作用表征参数的确定方法，包括步骤如下：
[0030] (1)获取典型化合物（如非极性麻醉型化合物）的结构；
[0031] (2)获取磷脂双分子膜的3D结构如图1所示，该3D结构来自参考文献3 ;计算非 极性麻醉型化合物与磷脂双分子膜的相互结合能Ebinding ;
[0032] (2. 1)、选择磷脂双分子膜为受体，根据Discovery Studio软件内置的定义和编辑 结合位点命令（Define and edit binding site)寻找结合区域；
[0033] (2· 2)采用Discovery Studio中"CD0CKER"程序开展小分子与磷脂双分子膜受体 的对接（默认参数）；
[0034] (2. 3)、对接结束后，产生相应的报告显示化合物小分子（非极性麻醉型化合物） 与磷脂双分子膜受体的相互结合能（⑶0CKER interaction energy, Ebinding)。
[0035] (3)获取典型化合物小分子的正辛醇/水分配系数（logKOT)，采用Ebinding与logK OT 之间的显著相关关系，建立采用Ebinding方法表征正辛醇/水分配系数的方法。
[0036] 获取所述典型化合物（如非极性麻醉型化合物）的正辛醇/水分配系数（logKOT) 采用EPI Suite version4,获取典型化合物（如非极性麻醉型化合物）的正辛醇/水分配 系数。
[0037] 实施例1 :非极性麻醉型化合物的可替代正辛醇/水分配系数表征化合物对生物 体膜作用参数的计算
[0038] (1)通过Chemoffice获得非极性麻醉型化合物卤代苯类、醇类、全氟羧酸的结构 式。
[0039] (2)获取磷脂双分子膜的3D结构如图1所示，来自参考文献3 ;
[0040] 计算卤代苯类、醇类、全氟羧酸与磷脂双分子膜的相互结合能（CD0CKER interaction energy, Ebinding)：
[0041] (2. 1)选择磷脂双分子膜为受体，根据Discovery Studio软件内置的定义和编辑 结合位点（Define and edit binding site)寻找结合区域；
[0042] (2· 2)米用Discovery Studio中"⑶0CKER"程序开展齒代苯类、醇类、全氟羧酸小 分子与磷脂双分子膜受体的对接（默认参数）；
[0043] (2. 3)对接结束后，产生相应的报告显示小分子与磷脂双分子膜受体的相互结合 會泛（interaction energy)，见表 1。
[0044] (3)下载美国国家环保局EPA提供的免费软件EPI SuiteTMv4. ll(http://www. epa. gov/oppt/exposure/pubs/episuited. htm)获取非极性麻醉型化合物的正辛醇/水分 配系数（l〇gKOT)，运用一元一次方程建立Ebinding与l 〇gK"之间的线性相互关系，从而提 出采用Ebinding方法代替正辛醇/水分配系数的表征化合物与生物膜的相互作用。
[0045] 在EPI SuiteTMV4. 11软件中查找卤代苯类、醇类、全氟羧酸的正辛醇/水分配系数 (logKow)，见表 1。
[0046] 表1齒代苯类、醇类、全氟羧酸的单一毒性和化合物性质
[0047]
【权利要求】
1. 一种典型化合物对生物体膜作用表征参数的确定方法，其特征在于：包括以下步 骤： (1) 获取典型化合物的结构； (2) 确定典型化合物与磷脂双分子膜的相互结合能Ebinding; (3) 获取典型化合物的正辛醇/水分配系数l〇gK"，验证Ebinding与logKOT之间的线性相 互关系。
2. 根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于：所述的典型化合物为任意非极性麻 醉型化合物。
3. 根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于：所述的步骤（1)中，通过Chemoffice 软件获取典型化合物的3D结构。
4. 根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于：所述的步骤（2)中，确定典型化合物 与磷脂双分子膜的相互结合能Ebinding，采用Discovery Studio软件计算获得。
5. 根据权利要求1或4所述的确定方法，其特征在于：典型化合物与磷脂双分子膜的 相互结合能Ebinding的计算方法，具体包括以下步骤： (2. 1)、选择磷脂双分子膜为受体，根据Discovery Studio软件内置的定义和编辑结合 位点寻找结合区域； (2. 2)、进行典型化合物与磷脂双分子膜的对接； (2. 3)、对接结束后，获取典型化合物与磷脂双分子膜的相互结合能Ebinding。
6. 根据权利要求1所述的确定方法，其特征在于：所述的步骤（3)中，采用软件 EPISuite?v4. 11，获取所述典型化合物的正辛醇/水分配系数logKow ;通过建立一元一次 方程验证Ebinding与logKOT之间的线性相互关系。
【文档编号】G06F19/00GK104102827SQ201410315098
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月3日 优先权日:2014年7月3日
【发明者】林志芬, 王大力, 王婷, 郑晓峰 申请人:同济大学