基于量子力学及分子动力学的葛根芩连汤中小檗碱溶解机制研究

发布时间：2020-10-31 08:57

　　 研究背景张仲景《伤寒论》在葛根芩连汤中有相关记载,先煎葛根,后纳诸药。小檗碱(Berberine)为方中黄连的主要有效成分,属于异喹啉的衍生物,常用其盐酸盐。小檗碱具有抗菌谱较广、毒性和副作用较小等特点,但其水溶性差是制约其使用的重要因素。因此,探究出小檗碱的溶解机制是该领域的当务之急。而葛根属根茎类药材,含有大量淀粉。淀粉(Amylum)是一种常用药用辅料,经糊化之后,淀粉粒中有序及无序(晶质与非晶质)态的淀粉分子之间的氢键断开,淀粉粒膨胀至原始体积的50~100倍,分散于水中,这可能对小檗碱的溶解有影响。目的研究葛根芩连汤中小檗碱的溶解机制,探究小檗碱与可能与水分子之间发生反应的各个位点性质,考察汤剂中葛根先煎的变化,并进行直链淀粉与小檗碱分子相互作用分子动力学模拟。方法(1)小檗碱与水分子间相互作用的量子力学计算:利用Gaussian软件以DET-B3LYP/6-31G(d)方法模拟小檗碱可能与水相互作用的结合位点,优化小檗碱水合二聚体的几何结构和电子结构,分析它们的几何构型、电荷分布及转移、自然键轨道、结合能和热力学性质等。(2)盐酸小檗碱溶解度测定及淀粉煎出量考察。采用双波长分光光度法测定不同煎煮时间葛根中淀粉的煎出量,采用紫外分光光度法测定淀粉对黄连中有效成分煎出量的影响,比较不同煎煮方法下葛根芩连汤酸碱度变化,考察淀粉及糊化淀粉对盐酸小檗碱溶解度影响,透射电镜观察淀粉及糊化淀粉形态。(3)直链淀粉分子与小檗碱相互作用的分子动力学模拟,利用Materials Studio8.0软件,在Compass力场下,分别模拟优化直链淀粉及直链淀粉片段的结构和性质,模拟直链淀粉片段与小檗碱单体之间的相互作用,分析其结构及相互作用能等性质。结果(1)成功模拟优化了小檗碱,水及二聚体(Ⅰ~Ⅺ)的结构,比较各个水结合位点的性质,接触点(C-H…O)距离最短属于二聚体Ⅵ,距离为0.237 5 nm,最大结合能及稳定化能分别为-28.10 kJ·mol~(-1)与6.527 kJ·mol~(-1)。(2)随着葛根的煎煮时间增加,直链淀粉的煎出浓度由0.4256?0.008 mg·mL~(-1)增加至4.246?0.079 mg·mL~(-1)。黄连煎出液中有效成分(以盐酸小檗碱计)含量为1.960?0.073 mg·mL~(-1),加入0.2 g淀粉的煎出液有效成分含量为2.857?0.062 mg·mL~(-1)。在不同煎煮方法下葛根芩连汤的pH值变化范围在5.41~5.81之间。盐酸小檗碱4 h溶解度为3.005?0.005 mg·mL~(-1),加入淀粉的盐酸小檗碱4 h溶解度为3.047?0.008 mg·mL~(-1),加入糊化淀粉的盐酸小檗碱4 h溶解度为3.836?0.027 mg·mL~(-1)。淀粉颗粒棱角圆滑,为多面体形,呈分散分布。糊化淀粉颗粒呈不定形,颗粒形态基本全部被破坏,淀粉颗粒间出现了明显的黏连现象,分布也更为紧密,分布近似网眼状结构。(3)对于不同温度的直链淀粉片段,优化后的分子形态结构均有不同程度的舒展,相比较于常温(298.15 K),高温(373.15 K)的直链淀粉片段模拟优化后的分子舒展程度更高。对于共混体系,形态结构上,小檗碱分子嵌入373.15 K的直链淀粉片段一端的疏水空腔中。而在能量上,高温(373.15 K)糊化处理后的直链淀粉片段与小檗碱共混体系的非键能,氢键能和范华德力等均大于常温(298.15 K)。结论小檗碱与水结合位点中最活跃的位点是C_(18)-H_(19),所形成二聚体中最稳定结构为二聚体Ⅵ;葛根中直链淀粉煎出量随煎煮时间增加而增大,支链淀粉煎出量没有明显变化,糊化淀粉颗粒间出现了明显的黏连现象,分布近似网眼状结构。随着加入淀粉量的增多,黄连中有效成分(以盐酸小檗碱计)煎出量不断增多。加入糊化淀粉对盐酸小檗碱溶解有较大的提高,未糊化淀粉则和未加入淀粉组无明显差异,糊化处理后的淀粉对盐酸小檗碱溶解有促进作用;在形态与能量方面,相比较于常温下(298.15 K)直链淀粉片段,高温(373.15 K)糊化处理后的直链淀粉片段与小檗碱结合相对紧密,对小檗碱的结合能力及吸附能力比较强。
【学位单位】：广东药科大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：R283
【部分图文】：

与水分子间相互作用的量子力ne）是来源于黄连（Coptis chinensis Fra碱，呈黄色针状结晶，分子式为[C20H18N5℃，具有抗炎、抗菌、抗肿瘤等多种活损伤等的治疗[46]。但是由于小檗碱的水溶。小檗碱具有异喹啉生物碱类物质化学结有可能和水分子形成分子间氢键，因此分子体系的模拟结构，通过比较分子之间的性质，来揭示相互作用的本质，对了解Ⅲ ⅣⅤ

11图 2-2 优化后的小檗碱，水和二聚体（Ⅰ~Ⅺ）的结构及其原子标号Fig.2-2 The optimized geometries and atonmic numbering of Berberine, H2O and dimer(Ⅰ~Ⅵ）二聚体Ⅺ

广东药科大学硕士研究生学位论文试品制备称取葛根饮片 16 g，加入 10 倍量纯水，加热至沸腾，煮沸后保持 1 mL 药液，冷却定溶于 50 mL 容量瓶中，即得。试剂制备称取碘化钾 2.00 g，溶于少量纯水，再加入碘 0.2 g，完全溶解之后，定容于 100 mL 容量瓶中，即得。波长确定淀粉和碘发生络合作用形成成蓝色络合物，支链淀粉和碘发生络合色络合物。采用紫外分光光度计对淀粉对照品进行扫描得紫外吸收，确定直链淀粉测定波长 695 nm，参比波长 726 nm。支链淀粉测，参比波长 721 nm。
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本文编号：2863737