应用ABEEM/MM蛋白质力场模型研究半胱氨酸二肽构象的性质

ABEEM/MM蛋白质力场模型是应用于蛋白质体系的原子-键电负性均衡方法(ABEEM)与力场(MM)相结合的浮动电荷模型.该模型能够准确地描述分子在环境变化时的静电极化,并能快速计算气态和溶液多肽的结构和能量.首次应用ABEEM/MM蛋白质力场模型研究半胱氨酸二肽构象的性质,如构象能、氢键等.此外,应用从头计算HF/6-31G**方法对其性质进行计算.ABEEM/MM蛋白质力场模型可以快速准确地得到半胱氨酸二肽分子不同稳定构象的性质,其结果可以和从头计算相媲美.以上研究有助于加深对半胱氨酸二肽构象性质的了解,从而也为进一步验证ABEEM/MM蛋白质力场模型的正确性以及参数的合理性提供可靠的依据.     

ABEEM/MM浮动电荷力场应用于血红素结构的研究

运用拟合的参数, 应用ABEEM/MM浮动电荷力场对血红素分子结构进行了模拟. 结果表明, 该力场与CHARMM力场相比, 能更好地模拟晶体结构. 计算的ruffing构象能与B3LYP/6-31G*计算结果的线性相关系数在0.98以上, 同时表明血红素分子中twist-angle对ruffing构象具有明显影响. ABEEM/MM力场计算的细胞色素c552中血红素分子的电荷分布与CHARMM固定电荷力场的比较, 更准确地反映了血红素分子的电荷分布以及极化现象.     

不同力场对B-DNA到A-DNA构型转变的影响

采用分子动力学模拟方法比较了最新版CHARMM和AMBER(包括bsc1和OL15)力场对水溶液中B-DNA到A-DNA转化过程的影响,利用扩展自适应偏置力(eABF)方法计算了转化过程的自由能变化.研究结果表明,在不同力场下,水环境中的DNA最稳定结构存在差异,AMBER力场比CHARMM力场更符合实验结果.AMBER力场下DNA最稳定结构的小沟较窄,稳定于B构型;而CHARMM力场下DNA最稳定结构的小沟较宽,介于B构型与A构型之间.通过分析DNA周围离子及水的分布情况发现,CHARMM力场下DNA小沟周围的离子密度明显低于AMBER力场,不能很好地抵消2条磷酸骨架之间的排斥作用,这是CHARMM力场下小沟较宽且趋向A构型的主要原因.     

多原子分子力场的模型势函法与MNDO,MINDO／3方法的研究

用量子力学方法获得分子的模型力场现已占有很重要的位置.然而由于理论上很难获得体系高精度解析势能面,使力场的理论计算遇到了困难.直到Pulay提出梯度法后,量子化学方法才被广泛用于多原子分子的振动分析.但由于该方法采用数值微分通过能量的第二阶导数所获得的力场矩阵对角元误差很大,需将其伸缩、变角对角力常数分别扣除10％、20％,才能获得与观测值相近的结果;且ab initio计算花机时太多,应用于大分子计算存在一定的困难.为此本文把前文提出的确定力常数的模型势函法与MNDO、MINDO/3等半经验方法结合起来,构造多原子分子的力场,并用于振动分析,获得了满意的结果.     

乙醇醛的分子动态结构

以量子化学计算作为起点, 为最简单的糖类分子——乙醇醛开发了两套分子力学力场参数: 基于肽类的力场和基于醛类的力场. 分子动力学模拟结果表明, 所开发的类醛力场参数能够较好地描述乙醇醛分子在水中的结构以及水分子在其周围的分布. 通过瞬时简正模式分析, 得到了3N-6个模式的瞬时振动频率和振动跃迁偶极矩等振动光谱参数的统计分布及其相关性. 结合量子化学计算和分子动力学模拟对生物分子体系的多元振动光谱参数进行预测和评估, 为从化学键水平出发模拟宽带飞秒二维红外相关光谱提供了一个新方法.     

硝胺及其甲基衍生物的从头计算研究 3: 甲硝胺及其同位素衍生物的谐性力场和振动光谱

用TEXAS从头计算程序,取STO-4-21G基组,计算了甲硝胺的谐性力场和振动光谱.直接理论计算的谐性力场经由其他分子转移来的经验校正因子校正后,提供了甲硝胺振动基频的预测.预测值和甲硝胺分子在气相中的振动光谱实验值之间的平均偏差为31cm^-1.为了获得更合适的气相甲硝胺振动力场和预测它的同位素衍生物的振动光谱,我们优化了一组新的校正因子,使理论值和实验值的平均偏差减为8.9cm^-1.用这组校正因子得到的力场预测了三个同位素衍生物的振动光谱,其同位素位移的理论预测值和实验值符合良好.     

ABEEMσπ和OPLS-AA力场对蛋白质GA88/GB88的分子动力学模拟

将原子与键电负性均衡方法融入分子力学方法,即利用ABEEMσπ浮动电荷力场与ABEEM-7P水模型相结合的方法及OPLS-AA固定电荷力场方法,对GA88和GB88蛋白进行了水溶液(温度295 K)和真空中的分子动力学模拟.比较两种方法得到的两个蛋白质的结构与实验结构的均方根偏差,分析了两种方法得到的两个蛋白质的回旋半径、氢键分布、径向分布及电荷分布情况.结果表明,ABEEMσπ和OPLS-AA力场均能正确模拟蛋白质结构,得到的各项偏差值接近,但从各偏差的波动大小可见,ABEEMσπ力场的模拟更稳定;回旋半径模拟很好地体现了蛋白质的"电致紧缩"现象;氢键分布、径向分布及电荷分布表明,与OPLS-AA固定电荷力场相比,ABEEMσπ浮动电荷力场能更好地体现蛋白质和周围水分子的极化效应.     

硝胺及其甲基衍生物的从头计算研究 Ⅲ.甲硝胺及其同位素衍生物的谐性力场和振动光谱

用TEXAS从头计算程序,取STO-4-21G基组,计算了甲硝胺的谐性力场和振动光谱.直接理论计算的谐性力场经由其他分子转移来的经验校正因子校正后,提供了甲硝胺振动基频的预测.预测值和甲硝胺分子在气相中的振动光谱实验值之间的平均偏差为31cm~(-1).为了获得更合适的气相甲硝胺振动力场和预测它的同位素衍生物的振动光谱,我们优化了一组新的校正因子,使理论值和实验值的平均偏差减为8.9cm~(-1).用这组校正因子得到的力场预测了三个同位素衍生物的振动光谱,其同位素位移的理论预测值和实验值符合良好.     

硝胺及其甲基衍生物的从头计算研究 3: 甲硝胺及其同位素衍生物的谐性力场和振动光谱

用TEXAS从头计算程序,取STO-4-21G基组,计算了甲硝胺的谐性力场和振动光谱.直接理论计算的谐性力场经由其他分子转移来的经验校正因子校正后,提供了甲硝胺振动基频的预测.预测值和甲硝胺分子在气相中的振动光谱实验值之间的平均偏差为31cm^-1.为了获得更合适的气相甲硝胺振动力场和预测它的同位素衍生物的振动光谱,我们优化了一组新的校正因子,使理论值和实验值的平均偏差减为8.9cm^-1.用这组校正因子得到的力场预测了三个同位素衍生物的振动光谱,其同位素位移的理论预测值和实验值符合良好.     

水分子团簇分子力场方法的比较研究

采用传统水分子力场模型(SPC, TIPnP(n=3-5))和极化模型(POL3, AMOEBA, SPC-FQ, TIP4P-FQ)对水分子二聚体团簇性质进行了比较和研究. 以从头计算和实验数据为依据, 分析水分子在外场作用下体系的静电极化, 电荷转移和分子结构变化. 通过水分子二聚体结合能和各分解能量项评价极化静电势能在双分子结合能中的地位和作用, 以及各水分子力场的适用性. 通过水分子团簇多体相互作用能的计算,展示不同极化水分子力场定量计算极化能量的实际能力. 通过对力场模型结果的对比和分析, 为进一步发展极化力场模型, 并应用到其他体系提供借鉴和依据.     

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.     

XSO_2NCO(X=F,Cl)分子振动光谱的从头算研究——谐性力场和频率分布

采用从头算方法以 6 31G 基组对XSO2 NCO(X =F ,Cl)分子的振动谐性力场和红外光谱进行了研究 .由最小二乘法通过拟合FSO2 NCO分子的理论和实验频率优化了一套力常数校正因子 ,然后将其迁移到ClSO2 NCO分子中 ,以产生一个纯理论预测的振动基频 .利用校正后的力场计算得到FSO2 NCO和ClSO2 NCO的振动频率 ,与实验值比较平均偏差分别为 3cm-1和 5cm-1.根据用校正后力场进行简正坐标分析得到的势能分布 (PED)和从头算红外光谱强度值对此二分子的振动基频的指认进行了讨论 .     

环多肽晶体的浮动电荷极化力场模拟

利用原子键电负性均衡结合分子力场方法(ABEEM/MM)对五种环多肽晶体进行了研究. 与传统力场相比, 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, 合理地体现了分子中的电荷分布. 相对其他极化力场模型, 具有计算量较小的特点. 该模型下计算得到的环多肽分子单元相对实验测得的结构的原子位置、氢键长度和二面角的均方根偏差分别为0.009 nm、0.013 nm和5.16°, 能够很好地重复实验结果. 总体上, 其结果优于或相当于其他力场模型, 适用于对实际蛋白质体系的模拟和研究.     

鸟嘌呤与氨基酸残基体系的极化力场

发展了应用于鸟嘌呤G和氨基酸残基体系的浮动电荷力场, 该力场明确定义了孤对电子和键的电荷和位置, 通过电荷随着环境的浮动来体现极化效应; 通过氢键拟合函数k_HB描绘了氢键键能. 应用量子化学方法, 对G与氨基酸残基体系从氢键、 几何结构及电荷分布3个方面展开计算及分析, 并以其为基准, 确定参数发展了适用于G与氨基酸残基氢键体系的ABEEMσπ PFF. 采用3种不同力场模拟目标分子的结构和性质. 模拟结果表明, 发展的ABEEMσπ PFF与量子化学方法具有最好的一致性, 可用于模拟生物大分子体系.     

ABEEMσп/MM力场模型下的多肽构象

在ABEEM/MM蛋白质浮动电荷力场模型的基础上,加入孤对电子和π电荷位点,从而能够体现多肽和蛋白质分子中一些重要的各向异性极化性质,允许非化学键方向的电子转移和极化.利用从头计算数据拟合模型相关参数.计算得到的小分子团簇结合能、偶极矩、氢键键长等性质与从头计算结果符合很好.该经典极化模型力场能够重复量子场下丙氨酸二肽、丙氨酸四肽、甘氨酸三肽的各稳定构象,其稳定性顺序与精密从头计算结果相一致,其结构和能量性质较以往模型有一定提高,并优于其他力场模型.     

ABEEMσπ/MM力场模型下的多肽构象

在ABEEM/MM蛋白质浮动电荷力场模型的基础上,加入孤对电子和 电荷位点,从而能够体现多肽和蛋白质分子中一些重要的各向异性极化性质,允许非化学键方向的电子转移和极化。利用从头计算数据拟合模型相关参数。计算得到的小分子团簇结合能、偶极矩、氢键键长等性质与从头计算结果符合很好。该经典极化模型力场能够重复量子场下丙氨酸二肽、丙氨酸四肽、甘氨酸三肽的各稳定构象,其稳定性顺序与精密从头计算结果相一致,其结构和能量性质较以往模型有一定提高,并优于其他力场模型。     

H^＋3O和H^＋3（H2O）n（n=1,2,3）阳离子振动力场和光谱频…

本文利用多原子分子振动力场的模型势函法对Ｈ＾＋３Ｏ和Ｈ＾＋３Ｏ（Ｈ２Ｏ）ｎ（ｎ＝１～３）阳离子的振动力场作了理论计算，并对其光谱频率进行了预测。Ｈ＾３Ｏ和Ｈ＾＋９Ｏ４的振动频率的结果优于从头算梯度法的结果。本文首次给出了Ｈ＾５＋５Ｏ２、Ｈ＾＋７Ｏ３伸缩振动频率的理论预测值。     

GEMC和GDI方法计算流体气液相平衡的比较

考察采用TraPPE联合原子和OPLS全原子力场两种分子力场, Gibbs系综蒙特卡罗(GEMC)方法和Gibbs-Duhem积分(GDI)方法计算流体气液相平衡的适用性、计算速度、计算精度等问题. 结果表明, 在采用全原子力场情况下, GDI方法比GEMC方法极大地节省了计算时间. 从计算结果来看, 两种方法各有适用范围, 在使用时可互为补充. 在给定力场的前提下, 两种方法所得到的液相密度、蒸发焓、临界温度和临界密度相差不大, 而当力场中的缺陷导致蒸发焓的计算不够准确时, 两种计算方法得到的气体的压力和密度明显不同,进而导致预测的临界压力也明显不同.     

原子-键电负性均衡方法融合进分子力场(ABEEM/MM)应用于蛋白质分子(Crambin)模拟

建立应用于多肽和蛋白质模拟的ABEEM/MM浮动电荷力场.利用该模型和参数,对实际蛋白质分子Crambin(植物种子中的一种小的蛋白质)进行模拟,得到了满意的结果,为其更广泛的应用开辟了道路.     

CIC（O）NCS分子筛振动光谱的理论研究

采用密度泛函理论DFT（B3LYP）方法,以6－31G为基组对CIC（O）NCS的反式和顺式两种构型的几何结构、振动谐性力场和红外光谱进行了研究 。B3LYP／6－31G的理论力场由适用于B3LYP／6－31G计算水平和大多数有机分子的一套固定标度因子进行标度,根据标度后的理论力场进行简正坐标分析得到的势能分布（PED）和红外光谱强度值对CIC（O）NCS分子物顺式和反式两种构型的振动基频进行了理论归属。