分子动力学模拟研究两性离子结构对聚13丙氨酸(polyalanine13)在水溶液中天然行为的维持

用分子动力学方法模拟了水溶液中聚13丙氨酸分子(A13)由α-螺旋二级结构(α-helix )向无规线团(radom coil)转变的初期过程, 以及同样条件下A13分子分别与两性离子材料表面和疏水性材料表面作用的行为. 二级结构分析、氢键分析、均方根偏移、二面角分布和吸附程度分析结果显示, 两性离子材料表面对在水环境中A13分子的正常行为影响较小. 间接证明了“维持正常构象”假说.     

纳米结构表面浸润性质的分子动力学研究

采用分子动力学方法研究了氩纳米液滴在铂金属及其模型固体表面的浸润现象,获得了液滴在平滑表面和三角纳米结构阵列表面的接触角和展布特性.研究表明,液滴与壁面的势能作用较强时,液滴与纳米结构表面为均匀浸润,但是由于迟滞效应,接触角受表面纳米结构的影响不明显;势能作用较弱时,纳米结构间隙中存在类似蒸汽的低密度相,液滴与纳米结构表面为非均匀浸润,接触角受纳米结构的影响而增大;表面纳米结构可以使表面具有超疏水性.     

电解质溶液界面结构的分子动力学模拟研究

电解质溶液界面结构的研究不仅具有重要的理论意义, 而且具有一定的实用价值. 采用分子动力学模拟研究了LiCl, LiBr, LiI, NaI, KI, CsI水溶液中阴阳离子在1×105 Pa和300 K下的气液界面分布情况, 探讨离子水化与电解质溶液界面结构的关系, 并分析阳离子水化能力的强弱对共存阴离子在界面富集分布的影响. 通过对模拟结果的分析发现, 离子的水化能力越强, 就越能形成稳定的水化结构而处于本体相中, 水化能力越弱, 则越易在界面富集. 该机理合理地解释了离子在界面的分布现象, 阳离子水化能力一般较其共存阴离子强而处于本体相, 阴离子则趋向在界面处富集; 不同阴离子在界面的密度分布也与阴离子的水化能力相关, 阴离子水化能力越弱, 其在界面富集程度越高, 不同阴离子在界面的富集趋势为Cl－＜Br－＜I－; 阳离子水化能力的强弱也影响其共存阴离子在界面的富集程度, 阳离子的水化能力越弱, 其共存阴离子在界面的富集程度就越低.     

分子动力学模拟电解质对阴非离子表面活性剂界面行为的影响

通过分子动力学(MD)方法研究了不同类型电解质对阴非离子表面活性剂C₁₂EO₃C油水界面性能的影响。运用z轴质量密度分布、径向分布函数、分子间相互作用配位数、空间分布函数及均方根位移五种模拟参数来分析电解质与阴非离子表面活性剂的相互作用情况。研究表明,三种离子的加入均对水分子与表面活性剂亲水基形成的水化层结构产生影响,且从微观层面验证三种离子对表面活性剂亲水基相互作用强度大小顺序为Na⁺ < Ca²⁺ < Mg²⁺。通过扩散模拟结果可以较好地解释离子加入对界面张力平衡时间的影响情况。这对指导实验方向、制订最佳复配方案具有重要意义。     

残基突变对P53-DNA结合域肽段构象影响的分子动力学模拟

基于分子动力学模拟方法研究了R249S、R248W 和G245S 突变对P53-DNA 结合域肽段(残基230-258)结构的影响. 采用GROMACS 软件包和GROMOS 43A1分子力场, 分别对野生型wtP53肽段、单点突变型P53-R249S肽段、两点突变型P53-R249S/R248W肽段和三点突变型P53-R249S/R248W/G245S肽段进行了4组独立的分子动力学模拟, 每组体系模拟时间为500 ns. 研究结果表明: R249S单残基突变影响肽段残基形成二级结构的情况, 但不改变肽段三维结构的模式, 同时使该肽段结构相对稳定; R249S和R248W两残基同时突变会加剧R249S突变对肽段的影响, 同时导致三维结构发生较大变化, 构象弯曲呈现双turn 结构, 肽段稳定性进一步增大; G245S突变对肽段的影响与R249S和R248W同时突变对其结构的影响相反, 在两残基突变的基础上, G245S突变会使原突变引起的变化减弱甚至消失, 同时使得该肽段结构稳定性减小. 该研究对认识肿瘤致病分子机制和设计新药物有重要意义.     

分子动力学模拟方法研究结构水在糖原合成酶激酶-3β中的作用

用分子动力学模拟的方法揭示了结构水分子在糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)中的作用.如果没有结构水,ATP嘌呤环的结合位置将发生偏移以填补结构水留下的空间;ATP结合口袋中的氢键网络将被破坏,保守残基Lys85与ATP的磷酸根侧链只能形成一个保守氢键,无法维持磷酸根转移所需的线性关系;由于失去了氢键网络的稳定作用,Glu97和Lys85会向远离ATP的方向移动,并导致Arg96的侧链发生偏转,使Arg96无法保持与Arg180和Lys205之间正常的相对位置,最终影响GSK-3β与底物的结合.     

GSH对两种谷胱甘肽过氧化物酶模拟物活性影响的研究

设计并合成了谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)模拟物6A,6A’-二苯胺-6B,6B’-二硒桥联-β-环糊精(6-AnSeCD). 采用双酶偶联法测定GPX的活力结果显示, 6A,6A’-二环己胺-6B,6B’-二硒桥联-β-环糊精(6-CySeCD)催化谷胱甘肽还原H2O2和枯烯H2O2的活力均比6-AnSeCD的高. 为了进一步考察6-CySeCD和6-AnSeCD与GSH之间的相互作用, 进行了分子动力学(MD)模拟和分子对接研究. 结果表明, 与GSH的结合使GPX模拟物的构象发生变化, 这种改变可能是影响桥连GPX模拟物催化活性的关键因素.     

聚氨酯表面构建磺铵两性离子结构及其抗血小板粘附性的研究

通过己二异氰酸酯(HDI)在聚醚氨酯(PU)表面构建磺铵两性离子结构,以改善其不凝血性能,首先用HDI活化PU表面,生成PU-NCO衍生物;然后通过N,N-二甲基乙醇胺(DMEEA)中的-OH和PU表面的-NCO反应生成PU-N(CH₃)₂;最后用丙磺酸内酯(PS)进行开环.生成磺铵两性离子结构,用ATR-IR表征了各步反应,对构建前后材料的抗血小板粘附性能进行了比较,结果表明,磺铵两性离子结构具有优异的抗血小板粘附性.     

氯化钠对朊病毒结构稳定性影响的分子动力学研究

朊病毒疾病是由正常构象的PrPC转化为致病构象的PrPSc引起的一类可传染的蛋白质构象病.采用分子动力学模拟的方法研究了0～500mmol/L的NaCl溶液体系对人朊病毒构象影响并深入探讨了其分子机制.研究发现NaCl可以降低朊病毒的结构稳定性,并引起其α-螺旋含量的急剧降低.进一步的研究表明高浓度NaCl溶液体系能够显著破坏朊病毒螺旋1内部的重要盐桥Asp144-Arg148和Asp147-Arg151,同时明显降低其主要氢键Arg151 N:Asp147 O,Tyr150 N:Glu146 O,Tyr149 N:Tyr145 O和Arg148 N:Asp144 O的稳定性,并诱导朊病毒的疏水核心发生明显扩张,促使朊病毒整体稳定性的下降,这些可能是NaCl促进朊病毒构象转换的重要原因.     

真空条件下β-环糊精和对-甲基苯酚包结物动态结构的分子动力学模拟

本文报道了真空状态下主体β-环糊精和客体对-甲基苯酚形成的包结物在一定时间间隔内动态微观结构的分子动力学模拟结果。研究表明，对-甲基苯酚在环糊精腔内的运动具较大的自由度，但由于存在范德华作用，其运动受到一定的限制，同时通过计算观察到包结前后主客体的某些微观结构和性质发生了较为明显的变化。本文还给出了计算得到的主客体包结物的时间平均构象。     

分子动力学模拟方法研究结构水在糖原合成酶激酶-3β中的作用

用分子动力学模拟的方法揭示了结构水分子在糖原合成酶激酶-3β(GSK-3β)中的作用. 如果没有结构水, ATP嘌呤环的结合位置将发生偏移以填补结构水留下的空间; ATP结合口袋中的氢键网络将被破坏, 保守残基Lys85与ATP的磷酸根侧链只能形成一个保守氢键, 无法维持磷酸根转移所需的线性关系; 由于失去了氢键网络的稳定作用, Glu97和Lys85会向远离ATP的方向移动, 并导致Arg96的侧链发生偏转, 使Arg96无法保持与Arg180和Lys205之间正常的相对位置, 最终影响GSK-3β与底物的结合.     

抗冻蛋白抗冻机制的分子模拟研究

抗冻蛋白能使生物体在寒冷环境下生存,具有极大的潜在应用价值。近年来,人们对抗冻蛋白开展了广泛的研究,但其抗冻机理还未明确。本文阐述了抗冻蛋白的功能特性和结构特征,并从结构的角度对其抗冻机制方面的分子模拟研究成果进行了综述。另一方面,对目前已知晶体结构的29个野生型抗冻蛋白的结构特性进行了分析,发现在整个抗冻蛋白表面和在冰结合位点处都存在亲水残基与水形成氢键和疏水残基与类冰结构特异性结合的特点。然后,探讨了抗冻蛋白的二级结构、冰结合位点残基的疏水性与抗冻活性之间的关系。最后,从结构的角度讨论了抗冻蛋白的机制和影响抗冻活性的因素并简要总结了仿生抗冻材料设计和应用的研究进展。     

β-卤素取代对杯[4]吡咯构象及主-客体相互作用的影响(Ⅰ)——分子力学/分子动力学研究

通过分子力学/分子动力学模拟,获得4种游离杯[4]吡咯以及杯[4]吡咯-卤素阴离子主-客体复合物的稳定构象,用偶极子模型解释了β位卤素取代对游离杯[4]吡咯稳定构象、杯[4]吡咯-卤素阴离子复合物的结构及其结合能的影响,指出造成这些影响的主要因素是不同卤素取代导致杯[4]吡咯的吡咯环基团偶极大小不同.计算了不同杯[4]吡咯与卤素阴离子的结合能,当杯[4]吡咯β位上的H原子被卤素阴离子取代后,杯[4]吡咯对阴离子的识别能力加强.     

基于分子动力学模拟提高嗜热磷酸三酯酶样内酯酶非特异性底物活力的理论研究

采用分子动力学模拟和拉伸分子动力学模拟方法, 结合分子力学-广义玻恩表面积(MM-GB/SA)方法进行自由能计算和结构交互指纹分析, 研究了模拟过程中非特异性底物(对氧磷/内酯)分别与嗜热磷酸三酯酶样内酯酶(SsoPox)野生型和突变体(W263F/W263T)结合的构象变化, 分析了Loop8中重要残基Trp263的突变提高SsoPox非特异性底物活力的原因, 发现其能够影响门控残基Phe229的构象变化, 导致活性口袋入口变宽(Phe229与Tyr99之间的距离变大), 使对氧磷和内酯更容易结合到蛋白质的活性位点上; Asp256和Arg223形成盐桥的几率高于野生型(WT)SsoPox, 在Arg223(位于Loop7)的协助下质子更加高效地从活性中心的Asp256(位于Loop8)传递到溶剂中去, 因而能够提高SsoPox水解底物的效率. 通过比较2个野生型复合物的结构稳定性和结合自由能差异, 发现在模拟过程中SsoPox与内酯的复合物体系更加稳定并且具有更低的结合自由能, 有利于SsoPox识别底物并使其埋在活性部位的疏水环境中, 促进氢氧化物亲核进攻底物的亲电中心. 因此, 底物与酶稳定的相互作用可能是SsoPox具有天然内酯酶活性的原因之一.     

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.     

表面活性剂对树形银纳米结构影响的蒙特-卡洛模拟

采用偏压受限扩散聚集模型研究溶液中银树形纳米结构的生长。模拟中,在二维正方形格子中引入了等腰直角三角形粒子进行模拟,同时运用不同的粘贴概率来描述表面活性剂的效果。模拟结果表明树形纳米结构随着偏压的增大而变得更密。表面活性剂的加入使得树形纳米结构变得更加对称和规则。更进一步,当表面活性剂的效果足够强且外加偏压很小的时候,银纳米颗粒聚集成了银纳米片。模拟结果有利于定性解释相关的实验结果。     

微观作用力对肽自组装过程中结构演化的影响:分子模拟研究

本文通过全原子分子动力学研究了典型的自组装芳香二肽分子(z-FF)自组装过程的微观结构演化,探索了肽分子间以及肽分子与溶剂水分子的微观作用力在自组装各个阶段的作用.模拟结果显示,尽管π-π堆积作用占分子间作用能的比重不高,但其在自组装初期对分子聚集起到的驱动力的贡献大于非π-π堆积作用力.肽分子与溶剂水分子形成的氢键数量随着组装进程而减少,总体呈现去溶剂化效应,但同时伴随着多次再溶剂化过程.水化层中的水分子存在两种特殊的“水桥”形式,即“单分子水桥”和“水团簇水桥”,其在水化层水分子中占比在30%～70%之间涨落.水桥的涨落伴随着肽分子结构重排,在自组装各个阶段(相分离、成核、生长和纤维交联)起着重要作用.     

分子动力学模拟研究[Bmim][PF6]+水+醇三元体系的微观结构和分子间相互作用

研究离子液体体系的微观结构和分子间相互作用具有重要意义. 本文对1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Bmim][PF₆])+水+乙醇和[Bmim][PF₆]+水+异丙醇三元体系进行了分子模拟研究, 计算了径向分布函数和不同组成的水-醇混合溶剂与离子液体阴阳离子间的相互作用能, 并将其分解为库仑相互作用能和Lennard-Jones(LJ)势能. 在此基础上, 研究了溶液体系的微观结构、分子间相互作用和相行为. 结果表明, 水倾向于与离子液体阴离子和阳离子极性部分作用, 醇倾向于与阴离子和阳离子非极性部分作用; 库仑力主导阴离子-溶剂相互作用, 色散力主导阳离子-溶剂相互作用, 阴阳离子的缔合状态对色散力影响较小, 对库仑力的影响非常显著.     

分子动力学模拟研究[Bmim][PF_6]+水+醇三元体系的微观结构和分子间相互作用(英文)

研究离子液体体系的微观结构和分子间相互作用具有重要意义.本文对1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Bmim][PF6])+水+乙醇和[Bmim][PF6]+水+异丙醇三元体系进行了分子模拟研究,计算了径向分布函数和不同组成的水-醇混合溶剂与离子液体阴阳离子间的相互作用能,并将其分解为库仑相互作用能和Lennard-Jones(LJ)势能.在此基础上,研究了溶液体系的微观结构、分子间相互作用和相行为.结果表明,水倾向于与离子液体阴离子和阳离子极性部分作用,醇倾向于与阴离子和阳离子非极性部分作用;库仑力主导阴离子-溶剂相互作用,色散力主导阳离子-溶剂相互作用,阴阳离子的缔合状态对色散力影响较小,对库仑力的影响非常显著.     

甲醇对1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸离子液体结构与性质影响的模拟研究

采用分子动力学模拟方法研究了298.15 K、0.1 MPa下摩尔分数为0.1-0.9 的甲醇对1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIM][BF₄])结构与性质的影响. 获得了体系的密度、径向分布函数、配位数、自扩散系数、粘度和电导率, 模拟得到的密度值与实验值符合较好. 结果显示: 体系各组分之间的径向分布函数随甲醇摩尔分数的增加呈规律性变化; 体系内阴阳离子的自扩散系数随着甲醇摩尔分数的增加不断增大; 甲醇的加入削弱了阴阳离子之间的相互作用, 体系粘度随着甲醇摩尔分数的增加逐渐减小, 电导率不断增大. 分析空间分布函数得到体系中各组分的三维空间分布情况.