制革过程中所用原料皮的主要成分为胶原。胶原因其独特的三股螺旋结构而具有优良的生物学性能,在医药、食品和生物材料等领域发挥着举足轻重的作用。已有研究表明,从不同生物提取获得的胶原热稳定性存在较大差异,可能与其分子序列中羟脯氨酸含量及其他氨基酸组成密切相关,但现有实验手段无法进一步阐明影响胶原三股螺旋结构稳定的内在机制。随着计算模拟技术的快速发展激发研究者们通过构建蛋白质模型,从原子尺度分析氨基酸残基对蛋白质结构的影响。已有的研究主要是基于胶原的典型氨基酸序列(Gly-Pro-Hyp)n合成具有三股螺旋结构的类胶原短肽,结合计算模拟通过替换序列中的单个氨基酸残基剖析其对三股螺旋结构稳定性的影响。然而,由于类胶原短肽的氨基酸序列与天然胶原存在较大差异,其序列结构与天然胶原不完全吻合,也就无法阐释天然胶原结构的稳定机制,如分析羟脯氨酸含量与胶原热稳定性关系的原因。如果模型的构建是基于天然胶原分子的氨基酸序列,则有望能够更有效地分析探究天然胶原分子三股螺旋结构的稳定机制。本论文首先对比研究哺乳类及鱼类胶原基本性能的差异,统计分析两类胶原的氨基酸序列及组成特征。引入计算模拟技术,基于胶原天然氨基酸序列构建三股螺旋结构模型并验证其合理性。在此基础上,采用传统实验与计算模拟探究羟脯氨酸含量及其他氨基酸残基对于胶原三股螺旋结构稳定性影响的内在机制;并结合实际应用,将胶原模型引入水溶剂体系,进一步完善胶原天然结构的稳定机制。此外,运用建立的模型探究不同醇类对胶原材料性能的影响及作用机理,为胶原基材料的拓展应用提供理论指导。选择牛皮、鲶鱼皮和草鱼皮三种不同生物提取的胶原作为研究对象。紫外及红外光谱实验结果表明,经纯化后提取获得的胶原纯度较高且三股螺旋结构完整。扫描电镜实验结果表明,牛皮胶原的外观平均孔隙大小为292.61±33.53μm,大于鱼皮胶原。差示扫描量热仪测试及羟脯氨酸含量测定结果表明,三种胶原的热稳定性与其羟脯氨酸含量呈正相关,牛皮、鲶鱼皮和草鱼皮胶原的热变性温度分别为39.9,33.9和30.3℃。为探究胶原性能差异的根本原因,对牛皮与草鱼皮胶原氨基酸序列进行统计分析。结果表明,胶原两条α链高度同源,相同位置的氨基酸残基基本一致。另外,两种胶原序列中各类氨基酸的分布规律也相似:亚氨基酸及丙氨酸均匀分布于全序列中,且Yaa位置的脯氨酸被羟基化为羟脯氨酸;酸性及碱性氨基酸分布遵循高度同源、分布集中的原则,三条α链同一编码位置一般出现相同的酸碱氨基酸;强疏水性氨基酸(如苯丙氨酸、亮氨酸)只在Xaa位置出现,且集中分布以形成局部疏水环境。两种胶原氨基酸序列的差异主要体现在部分氨基酸的占比上。例如牛皮胶原中亚氨基酸含量明显高于草鱼皮胶原,而草鱼皮胶原中丙氨酸的含量要高于牛皮胶原。上述差异可能是导致胶原性能不同的根本原因。为了进一步探究胶原分子序列中各类氨基酸对其性质的影响。采用Materials Studio 6.0软件包对分子进行模型构建。结合已有胶原分子的结构参数,确定胶原三条α链的排布方式和链间氢键连接方式。模型的能量优化算法结果表明,经最速下降法(steepest descent)优化过程中所占用的计算资源最少且体系结构最稳定。模型电荷赋予方式筛选结果表明,以Charge using Gasteiger赋予电荷后模型能量结果最精确。各类力场优化结果表明,Dreiding力场的输出结果适合模型结构稳定性分析。通过优化后的各项参数构建获得具有天然氨基酸序列的胶原三股螺旋结构模型,为后续计算模拟实验提供基础。目前,研究者普遍认为胶原分子的结构稳定性与羟脯氨酸含量有关,但两者的具体联系及影响机制尚不明晰。因此,本文依据前期提出的胶原建模方法和参数,构建了4组羟脯氨酸含量分别为4.4、7.8、11.1和15.6%的草鱼皮胶原模型。拟合计算获得了胶原分子链间氢键能量为17.74 J/g。差示扫描量热仪测试表明,草鱼皮冻干胶原和溶液的氢键断裂能量分别为18.38和17.98 J/g,验证了所建模型的合理性。各模型的升温动力学模拟结果表明,随着羟脯氨酸含量的增加,模型于308 K环境中链间氢键能量的下降值分别为14.251、10.352、7.970、1.247 kcal/mol,表明其热稳定性逐渐上升。此外,对长片段胶原模型热变性过程模拟结果表明,胶原分子变性过程中三股螺旋结构的开链并不是同时发生的,是在羟脯氨酸含量较少的不稳定区域先发生链结构的破坏。随后,构建10组牛皮胶原模型对结果进行验证。结果表明,在羟脯氨酸含量相同的情况下,牛皮胶原模型的链间氢键作用普遍强于草鱼皮胶原。其中5组羟脯氨酸含量均为10%的模型氢键能量上下波动,且波动范围超出了羟脯氨酸含量的改变幅度。由此可以推测,羟脯氨酸含量仅为影响胶原结构稳定性的一种因素,其他氨基酸的含量及分布也
莱鲍迪苷A（RA）是菊科植物甜叶菊中主要甜味成分,是一类四环二萜类糖苷化合物。以RA为代表的甜叶菊产品是全球最受欢迎的甜味剂之一,被广泛添加进食品中。而由于食品样品基质复杂,且甜菊糖苷在食品中的添加量较少,甜菊糖苷的检测前处理显得非常重要。本文采用计算模拟的方法,设计并制备了一种新型的、对RA有一定的特异性吸附的分子印迹聚合物（MIPs）,并对模板与单体之间自组装体系的印迹机理进行了探索。首先,以甜菊醇（STE）为虚拟模板,采用密度泛函理论（DFT）中B3LYP/6-31+G（d,p）基组筛选单体、印迹摩尔比、溶剂和交联剂。并通过模拟计算了STE和5种甜菊糖苷的选择性。采用Gaussian软件对虚拟模板分子STE和五种功能单体:丙烯酸（AA）、甲基丙烯酸（MAA）、丙烯酰胺（AM）、丙烯腈（AN）、4-乙烯基吡啶（4-VP）进行结构优化,通过分子静电势（MEP）分析和自然布局分析（NPA）确定活性位点,对模板和单体以不同摩尔比例结合的复合物结构进行优化,并计算各复合物的结合能。结果表明:STE与AA以1:4的摩尔比结合形成的复合物的结合能为-209.046 k J/mol,稳定性优于以其它功能单体和摩尔比例结合而成的复合物;在乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯（TRIM）、二乙烯基苯（DVB）三种交联剂中,EGDMA分别与功能单体和模板结合时,形成的两种复合物结合能的差值最高,达到-337.74 k J/mol。分别以乙酸乙酯、四氢呋喃、甲苯等十种溶剂作为致孔剂,使用连续极化模型（PCM）对STE和AA两种分子分别在溶剂环境中和真空环境中的单点能进行了计算。结果:表明十种溶剂的溶剂化能由低到高依次为甲苯、氯仿、乙酸乙酯、四氢呋喃、二氯甲烷、2-异丙醇、甲醇、乙腈、二甲基亚砜、水,甲苯对体系的溶剂化能最小,最适合用作体系的溶剂。将降密度梯度（RDG）理论与分子中原子（AIM）拓扑分析和红外光谱（IR）相结合,研究了自组装体系的成键情况和非共价相互作用的本质。通过RDG和AIM分析发现:相较于腈类和杂环胺类功能单体,羧酸类和酰胺类单体适用与STE虚拟模板MIPs。在模板STE与单体AA以1:4为摩尔比形成的自组装体系中,同时存在氢键、范德华力和位阻效应。体系中存在5个氢键作用位点,氢键键长在1.68-1.81 a.u.之间,其中模板与4个单体间分别形成了4个氢键位点,峰值均在-0.04
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