基于参考势的从头算量子力学/分子力学混合方法研究Parvalbumin B蛋白结合钙、镁离子的选择性

蛋白的离子选择性与蛋白的功能密切相关,而离子选择性本质上来源于蛋白分子与离子结合自由能的差别. 尽管近几十年来分子力场在描述蛋白体系相互作用方面取得了长足的进步,由于缺乏对静电极化和电荷转移效应显式的描述,传统的分子力场依然难以精确地描述金属蛋白体系中蛋白质与金属离子的相互作用. 量子化学方法非常适合于蛋白质与金属离子之间相互作用的描述. 但是在分子模拟中采用量子化学方法则太昂贵了. 近年来发展起来的参考势方法在保证计算精度的前提下兼顾效率,可以有效地解决这个窘境. 在这个方法中,动力学模拟的轨迹是在分子力场的精度下获得的. 随后,通过从分子力场到量子化学方法的矫正,从而获得在量子化学势函数级别下的自由能信息. 本文采用参考势函数方法研究了Parvalbumin B蛋白的结合口袋对钙、镁离子的选择性. 计算结果表明电荷转移效应非常重要,而量子化学方法可以比较精确地预测离子的选择性. 并且,量子化学区域的选择对于结果的可靠性也是非常重要的.     

利用电子结构数据拟合H2分子的电子壳模型势函数参数

电子壳模型势函数在离子晶体的原子级计算机模拟中有广泛应用,其势参数主要通过拟合晶体的实验数据或电子结构数据得到.提出了通过拟合双原子分子的量子化学从头计算电子结构数据来获得该势函数的方法,并由H2分子的电子结构数据建立了H原子间的电子壳模型势函数.此外,还应用该势函数对H+2分子离子进行了计算.该势函数拟合方案更适合于共价键型的分子.     

利用电子结构数据拟合H2分子的电子壳模型势函数参数

电子壳模型势函数在离子晶体的原子级计算机模拟中有广泛应用,其势参数主要通过拟合晶体的实验数据或电子结构数据得到.提出了通过拟合双原子分子的量子化学从头计算电子结构数据来获得该势函数的方法,并由H₂分子的电子结构数据建立了H原子间的电子壳模型势函数.此外,还应用该势函数对H⁺₂分子离子进行了计算.该势函数拟合方案更适合于共价键型的分子. 关键词： 电子壳模型势 参数拟合 共价键 2分子')" href="#">H₂分子     

He-NO碰撞体系分波截面的理论计算

首先用Huxley势函数拟合在RCCSD(T)/aug-cc-pVTZ bf理论水平下计算的He-NO相互作用能数据,从而得到了He原子与NO分子相互作用各向异性势;然后用密耦近似方法计算了He-NO碰撞体系的总分波截面、弹性分波截面和非弹性分波截面,并总结了分波截面的变化规律.计算结果表明,拟合势较好地描述了He-NO系统相互作用的各向异性特征,利用碰撞体系分子间势的量子化学从头计算结果,可解决势能参数难以确定的问题,对进一步研究原子与分子碰撞机理有一定参考价值.     

天然色素苏木精与蛋白质纤维之间的相互作用

通过量子化学计算方法在密度泛函理论B 3LYP/6-31G*水平上对天然色素与蛋白质纤维之间的相互作用的相关性质进行了系统研究。对含有不同官能团的蛋白质纤维分子片段、苏木分子以及它们所构成的二元相互作用体系的几何构型进行了优化和频率分析;得到了含有不同官能团的蛋白质纤维分子片段和苏木分子之间的相互作用能和热力学数据,以及NBO电荷转移情况;通过AIM分析界定了含有不同官能团的蛋白质纤维分子片段和苏木分子之间的相互作用性质。计算结果表明,利用苏木对蛋白质纤维进行染色时,如果染液偏酸性,则苏木主要与蛋白质纤维中的氨基发生作用;如果染液偏碱性,则苏木主要与蛋白质纤维中的羧基发生作用。相对来说,在碱性条件下染色时,蛋白质纤维与苏木相互作用的结构更稳定。     

用核磁共振方法研究金属离子与蛋白质的相互作用

许多蛋白质含有金属离子,金属离子对蛋白质发挥生物学功能起着很大的作用. 金属离子与蛋白质的相互作用以及参与蛋白质功能调节的方式各种各样：有些金属离子高度专一性地与蛋白质紧密结合,对蛋白质发挥生物学功能起着关键性的作用;有些金属离子只是作为蛋白质发挥功能的辅助因子而瞬态地与蛋白质松散结合. 本文简要介绍目前国际上用NMR方法研究抗磁金属离子和顺磁金属离子与蛋白质相互作用的进展,并具体介绍了NMR方法在钙调蛋白、锌指蛋白、朊病毒蛋白等金属离子蛋白研究上的应用.     

稀有气体二聚体解析势能函数的高精度拟合

原子间相互作用势的计算是原子分子物理研究领域的重要组成部分,它的精确计算为新型材料的研究奠定了理论基础;同时也为密度泛函等方法的评价、测试提供了标准对比数据。本文首先以最近所发表的NgD×15基准集为基础,在相同的计算方法下补充了其它点的一系列数据;以此为标准利用最小二乘法对He2—Rn2体系的相互作用势函数进行了拟合;从而得到了高精度全部同核稀有气体二聚体相互作用势函数的解析式。同时以CCSD(T)/ aug-cc-pV5Z-{6s6p6d3f2g1h}计算结果为标准与Gordon的MGCD84数据库中现有数据He2-Kr2体系进行了比较;总体发现本文的计算精度是非常高的,也证明了拟合结果的可靠性;并且给出了目前量子化学方法难以计算的近核区相互作用势数值。     

He-HBr体系各向异性势及非弹性散射截面的理论研究

首先用BFW势函数形式拟合在CCSD(T)/aug-cc-pVQZ理论水平下计算的He-HBr相互作用能数据,得到了He原子与HBr分子各向异性势;并与ESMSV势进行比较,验证了拟合势的可靠性;然后采用公认的精确度较高的CC近似方法计算了He-HBr碰撞体系能量在150meV下He原子和HBr分子碰撞的转动激发微分截面和分波截面,总结了该碰撞体系非弹性散射截面的变化规律.研究表明:①拟合势较好地描述了He-HBr系统相互作用的各向异性特征;利用碰撞体系分子间势的量子化学从头计算结果,可解决势能参数难以确定的问题.②低激发态被激发的几率要远远大于高激发态被激发的几率;激发态越高,大角散射的几率越大.③尾部效应仅在低激发态中产生,高激发态不产生尾部效应.     

分子力学MMIPI程序在VAX-11/750计算机上的实现

分子力学,又称为分子力场计算或张力计算,它利用经验力场计算来确定分子几何构型和构象。该法已经成为研究立体化学的重要手段,特别是对大分子的处理,远较量子化学计算方法优越。随着对分子结构研究的发展,它已成为与量子化学计算相平行的理论方法。目前国际上流行的分子力学方法虽有多种,但都基于这样一个基本思想,即应用光谱以及其它实验数据中总结出的经验力场(价力场或U-B力场等)结合分子间相互作用     

高压下金属铌熔化曲线的分子动力学模拟

铌作为一种高熔点的金属,广泛应用于制作合金材料. 铌的高温高压熔化曲线对于铌基合金的实际应用具有重要影响,但目前还未被成功研究. 本文中,我们采用铌目前已有的嵌入原子相互作用势函数（EAM）,通过经典的分子动力学方法,模拟了铌的熔化曲线. 两相法和改进Z方法的熔化曲线几乎完全一致,与Z方法的结果稍有差异. 我们也比较了尺寸效应对铌熔化曲线的影响. 我们认为,铌的现有的势函数描述其高压特性时不再适合,后续需要构建精确的温度和压强依赖的相互作用势函数来研究铌的高压特性.     

Murrell-Sorbie势下He-HCl碰撞体系微分散射截面的研究

根据在CCSD(T)/aug-cc-pVQZ理论水平下计算的He-HCl相互作用能数据,作者采用Murrell-Sorbie势函数形式拟合了He原子与HCl分子相互作用的各向异性势,并与其它势模型进行了比较;然后采用公认的精确度较高的CC近似方法计算了He-HCl碰撞体系的微分散射截面,总结了非弹性微分散射截面的变化规律.研究表明:采用拟合的各向异性势计算的微分散射截面与实验结果符合得很好.拟合势不但表达形式简洁,而且较好地描述了He-HCl系统相互作用的各向异性特征;利用碰撞体系分子间势的量子化学从头计算结果,可解决势能参数难以确定的问题.对进一步研究原子与分子相互作用的机制有一定的参考价值.     

He-HCl体系各向异性势及分波散射截面的理论研究

首先用BFW势函数形式拟合了在CCSD(T)/aug-cc-pVQZ理论水平下计算的He-HCl相互作用能数据，获得了He原子与HCl分子相互作用的各向异性势；然后采用CC近似方法计算了He-HCl碰撞体系的微分散射截面和分波散射截面，并总结了分波散射截面的变化规律.结果表明，拟合势不但表达形式简洁，而且较好地描述了He-HCl系统相互作用的各向异性特征；利用碰撞体系分子间势的量子化学从头计算结果，可解决势能参数难以确定的问题.对进一步研究原子与分子碰撞机理有一定参考价值. 关键词： 各向异性势 势能参数 密耦近似 分波散射截面     

GB1与金属离子相互作用的NMR研究（英文）

G群链球菌G蛋白的B1结构域——GB1蛋白,常被用作发展体外及体内基于顺磁核磁共振(NMR)的蛋白质结构测定方法的研究模型.为确保赝接触化学位移(PCS)、顺磁弛豫增强(PRE)等顺磁约束数据的准确性,了解GB1和金属离子,尤其是顺磁离子的相互作用非常必要.然而GB1和二价金属离子以及镧系金属离子的相互作用并不十分清楚.本文利用NMR波谱研究了GB1和镧系金属离子以及多种二价金属离子的相互作用.我们发现GB1和镧系金属离子之间存在弱特异性相互作用,和Mn~(2+)、Cu~(2+)以及Co~(2+)等顺磁二价离子弱结合,但不与Ca~(2+)、Mg~(2+)以及Zn~(2+)等抗磁二价离子结合.该研究表明在GB1上链接顺磁探针时,应使用与固有位点结合常数差异明显的顺磁标签以获取正确的PRE数据.     

高温高压下爆轰产物分子间相互作用的研究

给出了一种由分子流体的冲击Hugoniot实验数据确定原分子之间和离解产物分子、原子相互间作用势参数的方法. 在较低压强下,采用Ross硬球微扰理论软球修正模型确定原分子之间的相互作用势参数;在较高压强下,采用基于统计物理的化学平衡方法来确定分子离解后的分子和原子之间的相互作用势参数. 与传统的由对应状态定律确定势函数参数的方法相比,所得到的势函数参数在很大的压强范围内都能较好地描述冲击实验. 关键词： 高温高压 化学平衡 冲击Hugoniot实验     

He-NO碰撞体系微分截面的理论计算

首先用Huxley势函数形式拟合了在RCCSD(T)/aug-cc-pVTZ+bf理论水平下计算的He-NO相互作用能数据，获得了He原子与NO分子相互作用的各向异性势，然后采用密耦近似方法计算了He-NO碰撞体系的总微分截面、弹性微分截面和非弹性微分截面，并总结了微分散射截面的变化规律. 结果表明，拟合势不但表达形式简洁，而且较好地描述了He-NO系统相互作用的各向异性特征；利用碰撞体系分子间势的量子化学从头计算结果,可解决势能参数难以确定的问题，对进一步研究原子与分子碰撞机理有一定参考价值. 关键词： 各向异性势 势能参数 密耦近似 微分截面     

蛋白质动力学理论研究中的计算机模拟方法

蛋白质是生物体中一种十分重要的高分子物质。蛋白质分子有着自身所特有的化学、物理结构;在溶液中蛋白质分子不仅自身不同部分间存在着相互作用,而且还与溶剂分子间发生着复杂的相互作用,这些都很大程度上影响到分子的结构和演变过程。为了对蛋白质分子进行模拟,很有必要建立适当的描述蛋白质分子结构的模型,引入合理的模型基元间的相互作用,并采用有效的方法进行模拟,本着贴近现实和方便模拟的原则,在本文中我们系统地总结了近年来蛋白质动力学及其物理特性,特别对其模型、势能及模拟方法进行了着重介绍。为了增加一些感性认识,文中还就实验分析、折叠的协作性、搜寻保守残基和动力学过程的熵效应和阻挫效应等几个专题进行了应用介绍。     

蛋白质动力学理论研究中的计算机模拟方法

蛋白质是生物体中一种十分重要的高分子物质。蛋白质分子有着自身所特有的化学、物理结构;在溶液中蛋白质分子不仅自身不同部分间存在着相互作用,而且还与溶剂分子间发生着复杂的相互作用,这些都很大程度上影响到分子的结构和演变过程。为了对蛋白质分子进行模拟,很有必要建立适当的描述蛋白质分子结构的模型,引入合理的模型基元间的相互作用,并采用有效的方法进行模拟,本着贴近现实和方便模拟的原则,在本文中我们系统地总结了近年来蛋白质动力学及其物理特性,特别对其模型、势能及模拟方法进行了着重介绍。为了增加一些感性认识,文中还就实验分析、折叠的协作性、搜寻保守残基和动力学过程的熵效应和阻挫效应等几个专题进行了应用介绍。     

湿空气相平衡的分子动力学模拟研究

本文采用分子动力学模拟方法对湿空气两相平衡问题进行了研究.根据气液相平衡理论,建立了湿空气相平衡模型.水分子、空气分子的相互作用分别采用TIP4P势函数和L-J势函数,水分子与空气分子的相互作用采用L-J势函数.模拟中选取的水分子数为5488,空气分子数为512.模拟研究了湿空气相平衡过程两相中各成分的变化规律,模拟发现气液界面处存在空气分子富集现象,其浓度高于气相和液相的.基于此模型可以确定温度、压力等对气相含湿量和液相溶解度的影响.     

GB1与金属离子相互作用的NMR研究

G群链球菌G蛋白的B1结构域——GB1蛋白,常被用作发展体外及体内基于顺磁核磁共振（NMR）的蛋白质结构测定方法的研究模型.为确保赝接触化学位移（PCS）、顺磁弛豫增强（PRE）等顺磁约束数据的准确性,了解GB1和金属离子,尤其是顺磁离子的相互作用非常必要.然而GB1和二价金属离子以及镧系金属离子的相互作用并不十分清楚.本文利用NMR波谱研究了GB1和镧系金属离子以及多种二价金属离子的相互作用.我们发现GB1和镧系金属离子之间存在弱特异性相互作用,和Mn²⁺、Cu²⁺以及Co²⁺等顺磁二价离子弱结合,但不与Ca²⁺、Mg²⁺以及Zn²⁺等抗磁二价离子结合.该研究表明在GB1上链接顺磁探针时,应使用与固有位点结合常数差异明显的顺磁标签以获取正确的PRE数据.     

基于AMOEBA可极化力场研究蛋白二聚化对于gramicidin A通道电导的影响

在离子通道性质的研究中,由于可极化力场计算量巨大,长期以来使用最广泛的依旧是经典力场. 本文考察了可极化力场在描述离子通道gramicidin A(gA)二聚状态下离子输运性质方面的可靠性. 利用AMOEBA可极化力场对单通道gA和双通道gA进行增强采样模拟,从电导、扩散系数和自由能等方面描述了gA二聚化对钾离子和钠离子穿越通道过程的影响. 计算结果显示,可极化力场模拟获得的钾离子和钠离子穿越通道的电导与实验数值吻合. 进一步的数据分析揭示了蛋白质二聚化影响gA通道离子输运性质的分子机制,即蛋白二聚化通过调整gA蛋白周围的环境(磷脂头基、通道外离子和体相水分子的分布)而不是直接调整gA蛋白的构象来加速钾离子和钠离子穿越通道.