碱基与氮甲基乙酰胺相互作用的从头算和ABEEMσπ研究

选取氮甲基乙酰胺(N-Methylacetamide,NMA)和DNA碱基为研究对象,应用ABEEMσπ/MM方法研究了NMA与碱基之间形成的二聚体的几何构型、电荷分布及结合能等性质,并进行了相应的从头算(abinitio)MP2水平研究,在B3LYP/6-311 ++G(d,p)水平下对结构进行了优化.将2种方法的研...     

鸟嘌呤四链体中K+移动路径的预测

结合鸟嘌呤四链体(G4)的结构特点,取G4中的一个K+与一片g-tetrad(g-tetrad-K+)为研究对象,和一个K+与两片g-tetrad(1,2-g-tetrads-K+和2,3-g-tetrads-K+)为研究对象.为g-tetrad-K+,1,2-g-tetrads-K+和2,3-g-tetrads-K+三体系中的K+设计了几种移动路径,来探讨G4中K+与g-tetrad的作用.首先分别应用从头计算MP2/6-31G(d,p)和ABEEMσπ/MM(σπ水平的原子键电负性均衡原理融入到分子力学)方法,对g-tetrad-K+中K+移动过程中体系的结构和能量变化进行了详细研究.结果表明ABEEMσπ/MM方法能够准确地描述g-tetrad-K+体系的结构、结合能等性质.为了更接近实际体系,进而用ABEEMσπ/MM方法预测了更大的体系:一个K+和两片g-tetrad.由于体系较大,MP2方法无法计算其结合能.ABEEMσπ/MM方法对g-tetrad-K+,1,2-g-tetrads-K+和2,3-g-tetrads-K+体系中K+移动而产生的结合能变化表明:如果吸收足够的能量,G4中K+最容易沿α方向移出.     

鸟嘌呤四链体中Na~+的移动

Na+-G-四链体复合物是一个明显的极化体系,其形成或解离过程中,Na+的移动路线目前还不十分明确.σπ水平的原子-键电负性均衡方法融合进分子力学(ABEEMσπ/MM)模型除原子位点外,还明确地定义了孤对电子、σ键和π键的位置,并且各位点电荷随分子环境改变而浮动,因此能更好地反映该体系的极化现象.本文应用ABEEMσπ/MM方法研究了Na+-G-四平面复合物的性质,包括它的几何构型、电荷分布和结合能等,并在MP2/6-31G(d,p)水平上做了相应的从头算,两种结果十分吻合.Na+的存在改变了G-tetrad的氢键方式.通过比较Na+各条移动路线中体系的结合能,预测G-四链体中三个Na+最有可能沿α方向依次移出.以上研究为进一步应用ABEEMσπ/MM模型进行G-四链体中离子交换通道的动力学模拟打下坚实的基础.     

从头算和ABEEMσπ/MM对(CH_3OH)_n(n=3～12)和[Na(CH_3OH)_n]~+(n=3～6)体系的研究

采用从头算方法(ab initio)和原子-键电负性均衡浮动电荷分子力场方法(ABEEMσπ/MM),对甲醇团簇(CH_3OH)n(n=3~12)和[Na(CH_3OH)_n]~+(n=3~6)体系的结构、电荷分布和结合能进行研究.依据从头算结果构建上述体系的ABEEMσπ/MM浮动电荷势能函数,并确定相关参数.结果表明,ABEEMσπ/MM所获得的结构和结合能等均优于OPLS/AA力场,并与从头算结果相符,其中键长的平均绝对偏差(AAD)小于0.004 nm,键长、键角和结合能的相对均方根偏差(RRMSD)分别小于3.8%,1.7%和6.8%;电荷分布与从头算结果的线性相关系数均大于0.99.     

应用ABEEM/MM力场探究Na~+与氮-甲基乙酰胺及水的相互作用

应用量子化学方法 MP2/6-311++G(d,p)//B3LYP/6-31+G(d,p)和原子-键电负性均衡浮动电荷分子力场(ABEEM/MM),对[Na(H_2O)n]+(n=3～8),[Na(NMA)n]+(n=3～8)和[Na(NMA)n(H_2O)m]+(n+m=4,6)(NMA=氮-甲基乙酰胺)体系的结构、结合能和电荷分布进行研究.在计算结果的基础上,构建上述体系的ABEEM/MM可极化势能函数,优选并确定相关参数.结果表明,ABEEM/MM的计算结果与量子化学的计算结果相符:Na+与配体间距离的平均绝对偏差(AAD)小于0. 007 nm,相对均方根偏差(RRMSD)小于3. 5%,夹角的AAD小于2. 4°,RRMSD小于2. 0%,结合能的AAD小于8. 9 k J/mol,RRMSD小于12. 4%;ABEEM/MM电荷分布与量子力学(QM)电荷分布的线性相关系数在0. 97以上.     

应用ABEEMσπ/MM模型对重组人纤溶酶原Kringle 1结构域与配体分子的对接计算

应用原子-键电负性均衡方法的浮动电荷分子力场(ABEEMσπ/MM),对重组人纤溶酶原Kringle1结构域(K1Pg)与配体ε-Aminocaproic acid(EACA),trans-4-(Aminomethyl)cyclohexane-1-carboxylic acid(AMCHA),L-Lysine(Lys),7-Aminoheptanoic acid(7-AHA)和Benzylamine进行了半柔性对接计算.用ABEEMσπ/MM模型优化得到的复合物K1Pg/EACA和K1Pg/AMCHA的结构很接近实验晶体结构.此外通过对5种配体与K1Pg结合能的计算,得出5种配体与K1Pg结合能的大小顺序为AMCHAEACA7-AHALysBenzy-lamine,与实验中测得5种配体与K1pg的平衡结合常数K值大小顺序相一致.     

水合氢离子团簇从头算和ABEEM/MM的理论研究

应用高水平的从头计算方法和ABEEM/MM模型, 研究了水合氢离子团簇H3O＋(H2O)n (n＝1～6), 优化得到了低能构象, 探讨了其结合能和稳定性, 显示出H3O＋(H2O)3局域结构的优势存在．对H3O＋(H2O)6VIa团簇的ABEEM电荷分布进行分析, 表明第一水合层水分子与水合氢离子之间的氢键相互作用要明显强于与第二水层水分子的氢键相互作用. 研究结果表明, ABEEM/MM方法计算的结果和从头算得到的结果存在很好的一致性.     

应用从头计算和ABEEMσπ极化力场方法对ML_n(M=Na~+/K~+;L=NMA,H_2O;n=1～6)的研究

本文使用从头计算MP2/6-311++G(2d,2p)//B3LYP/6-31+G(d,p)和ABEEM??极化力场(ABEEM??/MM)方法,对MLn(M=Na+/K+;L=N-methlylacetamide,H2O;n=1~6)体系的结构、结合能和电荷分布进行系统研究.研究结果表明,ABEEM??/MM所获得的各种物理量与从头算结果符合很好,其中键长的平均绝对偏差(AAD)接近0.03?,键角的AAD小于0.69°,结合能的AAD小于5%,ABEEM??的电荷分布与从头算的电荷分布的线性相关系数均在0.97以上.     

应用QM与ABEEM/MM结合的方法研究NAMI-A的结构性质

应用量子力学(QM)与ABEEM浮动电荷力场(ABEEM/MM)相结合的方法研究了抗癌药物NAMI-A在水溶液中的结构性质. 所有的结构优化都是在DFT的B3LYP方法下采用6-31G(d,p)和LanL2DZ基组完成的, 没有加入任何限制性条件. 结果表明, 优化得到的NAMI-A构型受不同环境及方法的影响均有变化. 与气相中得到的构型相比, QM/MM迭代优化得到构型要比PCM的构型变化更明显. QM/MM (ABEEM/MM)迭代优化得到的NAMI-A构型比QM/MM (OPLS-AA)的变化要小. 总之, 溶剂通过极化效应对NAMI-A结构、电荷分布及径向分布函数等性质均有影响, 客观地处理极化效应才能正确地反映QM区的性质.     

乙酰胆碱酯酶与抑制剂分子对接的ABEEMσπ/MM研究

应用ABEEMσπ/MM方法,对乙酰胆碱酯酶抑制剂Tacrine(塔克宁)与组胺转甲基酶进行了分子对接.然后对乙酰胆碱酯酶与4种乙酰胆碱酯酶抑制剂的分子对接进行了研究.在研究中将受体分子固定,配体分子可自由移动,采用半柔性对接方式.通过对4种乙酰胆碱酯酶抑制剂与乙酰胆碱酯酶结合能大小的计算,得到结合能力大小顺序依次为:Donpezil(多奈哌齐)＞Huperzine(石杉碱甲)＞Rivastigmine(利发斯的明)＞Tacrine(塔克宁).这个顺序与实验中得到的乙酰胆碱酯酶(AChE)抑制活性IC50值大小顺序相一致.为使用该方法进行抑制剂设计提供参考.     

碱金属与碱土金属卤化物电荷分布和偶极矩的ABEEMσπ模拟

应用原子键电负性均衡方法模型(ABEEMσπ模型),通过大量量子化学计算,拟合确定了含碱金属和碱土金属的卤化物体系的ABEEMσπ参数.ABEEMσπ模型计算得到的电荷分布与从头算计算的电荷分布有很好的一致性.同时计算了模型分子的偶极矩,与实验值具有很好的一致性.研究表明ABEEMσπ模型可以很好地应用于含碱金属和碱土金属的卤化物的结构和性质的分析.     

脂肪族氨基酸二肽与水团簇的理论研究

用ABEEMσπ/MM模型和MP2/6-31+G(d)//B3LYP/6-31G(d)方法研究水合效应对脂肪族氨基酸二肽的影响.从结构和能量两方面说明Leu残基在蛋白质中起成旋作用,Val和Ⅱe残基在蛋白质中起解旋作用.同时得出:水分子严重影响了二肽分子的骨架二面角;对于结合相同数目水分子的团簇倾向于形成含有环状氢键的结构,并且含有环状氢键团簇的结合能大于含有链状氢键团簇的结合能.     

计算受体和配体结合自由能的新方法

利用ABEEMσπ浮动电荷力场与连续介质模型相结合的方法,计算了受体和配体的结合自由能.将结合自由能分解为真空中的力场作用项、溶剂化能量以及熵效应.由于ABEEMσπ/MM方法充分考虑了外界环境发生变化引起的体系中各个位点之间的电荷极化,因而极大地提高了结合自由能的计算精度.利用该方法计算的2个复合物的结合自由能与实验值的偏差均小于0.5kJ/mol.     

精密从头算与ABEEM/MM模型对水团簇(H2O)11 9种低能结构的计算

用精密从头算方法研究了(H2O)11的9种低能异构体的性质, 包括优化的几何结构、结合能、偶极矩和氢键个数等, 并且得出了515-a是(H2O)11的全局最低能结构. 同时, 也用ABEEM/MM(atom bond electronegativity equalization method/molecular mechanics) 模型研究了这些性质, 与从头算的结果进行了比较, 得到了相符合的结果. 这显示了ABEEM/MM模型在描述中等大小的水分子团簇结构上是成功的.     

精密从头算与ABEEM／MM模型对水团簇（H2O）11 9种低能结构的计算

用精密从头算方法研究了(H2O)11的9种低能异构体的性质,包括优化的几何结构、结合能、偶极矩和氢键个数等,并且得出了515-a是(H2O)11的全局最低能结构.同时,也用ABEEM/MM(atom bond electronegativity equalization method/molecular mechanics)模型研究了这些性质,与从头算的结果进行了比较,得到了相符合的结果.这显示了ABEEM/MM模型在描述中等大小的水分子团簇结构上是成功的.     

应用ABEEM/MM力场模型研究水分子团簇(H2O)n(n=7～35)的性质

应用ABEEM/MM模型研究和计算了水分子团簇(H2O)n(n=7～35)的各种性质,如:优化的几何构型,氢键个数,结合能,稳定性,ABEEM电荷分布,偶极矩,以及结构参数、平均氢键个数和强度、团簇的递增结合能等,并描述了六聚水区域中所反映的从二维结构(从二聚水到五聚水)到三维结构(n>6的水分子团簇)的过渡,又进一步地预测了从立方体结构到笼状结构的过渡出现在n=12的水分子团簇中,随着类似于笼状结构特点的不断增强,五元环的富集程度有所增加.以上研究不仅系统研究和分析了水团簇的各种性质,而且对比Ab initio研究和实验结果,进一步验证了ABEEM/MM模型的合理性以及参数的正确性和可转移性.     

应用ABEEM/MM模型研究水分子团簇(H2O)n (n=11～16)的性质

应用ABEEM/MM 模型计算了较大的水分子团簇(H2O)n (n=11~16)的各种性质,如：优化的几何构型, 氢键个数, 结合能, 稳定性, ABEEM 电荷分布, 偶极矩, 以及结构参数、平均氢键个数和强度, 增加的团簇结合能等.结果表明,从立方体结构到笼状结构的过渡出现在n=12的水分子团簇中,随着类似于笼状结构特点的不断增强,五元环的富集程度有所增加.     

应用ABEEMσπ/MM方法计算一些有机分子的总能量

应用ABEEMσπ/MM方法计算烷烃Cn H2n+2(n=1~14)的总能量,以从头算(MP2/6-311+G(d,p))的结果为依据,拟合了不同类型原子的价态能量参数.通过这些参数又计算了环烷烃Cn H2n(n=6~12)、烯烃Cn H2n(n=2~8)和一元醇Cn H2n+1OH(n=1~8)体系的总能量,将结果与从头算(MP2/6-311+G(d,p))方法相比,绝对偏差均小于27.878 9kJ/mol,相对偏差均小于3.874 4×10-5,环烷烃、烯烃、醇的均方根偏差分别为5.581 1,10.255 6,7.921 9kJ/mol;相对均方根偏差分别为0.327 3,0.910 9,0.565 0,线性相关系数全部达到1.000 0.由此可见,ABEEMσπ/MM方法计算的分子能量与从头算(MP2/6-311++G(d,p))相比具有很好的一致性,验证了我们所拟合的参数的合理性和可转移性,而且计算速度很快.     

利用浮动电荷力场对N-甲基乙酰胺水溶液的分子动力学模拟

利用原子键电负性均衡结合分子力场方法(ABEEM/MM)对N-甲基乙酰胺(NMA)分子的水溶液体系进行了分子动力学模拟. 与经典的力场模型相比, 该方法中的静电势包含了分子内和分子间的静电极化作用, 以及分子内电荷转移影响, 同时加入了化学键等非原子中心电荷位点, 合理体现了分子中的电荷分布. 相对其它极化力场模型, 该模型具有计算量较小的特点. 在该模型下对NMA纯溶液和其水溶液体系进行了分子动力学模拟, 得到的径向分布函数、汽化热和偶极矩等物理量与实验值和其它极化力场方法符合很好, 合理描述了溶质与溶剂之间的静电极化和分子内的电荷转移.     

发展尿素与丙氨酸二肽相互作用的ABEEM/MM可极化力场

基于ABEEM/MM浮动电荷模型，尝试建立了一个新的可合理描述尿素-丙氨酸二肽-水分子之间相互作用的可极化力场.采用量子力学(QM)ωB97X-D/6-311++G(3df, 2p)//MP2/aug-cc-pVTZ方法对(Urea)(Ala)₂的结构、电荷分布及结合能进行计算，以及HF/STO-3G方法计算电荷分布.构建尿素-丙氨酸二肽-水体系的ABEEM/MM势能函数，基于QM计算结果，优选确定相关参数.结果表明，与QM相比，ABEEM/MM获得的(Urea)(Ala)₂的键长、键角、二面角和结合能的AAD(平均绝对偏差),RMSD(均方根偏差)和RRMSD(相对均方根偏差)分别为0.000 8 nm, 0.001 4 nm, 1.2%;1.36°,1.72°,1.5%;4.10°,5.56°,5.0%;6.07 kJ·mol^-1,6.82 kJ·mol^-1和10.2%,电荷分布的线性相关系数为0.988.将上述势能函数应用于(Ala)₂(Urea)₂...