微过氧化物酶水溶液的ABEEM/MM动力学模拟

应用原子-键电负性均衡浮动电荷分子力场(ABEEM/MM), 对微过氧化物酶水溶液进行了分子动力学模拟. 研究了水溶液对微过氧化物酶的结构, 血红素的皱裂构象以及轴配体咪唑基的取向的影响. 结果表明, 在水溶液中微过氧化物酶的骨架氨基酸是稳定的, 而血红素的皱裂构象在水分子的作用下趋于平面. 与血红素轴配体咪唑基键连的组氨酸决定着咪唑基的空间取向, 而咪唑基与血红素侧链的丙酸基的静电作用对其取向仅起次要作用.     

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.     

血红素近轴侧基氢键的ABEEM/MM分子动力学模拟

应用ABEEM/MM浮动电荷力场对鲸鱼肌红蛋白及突变体进行了分子动力学模拟. 结果表明, 血红素近轴侧基不存在稳定的双氢键, 该氢键对轴配体咪唑的取向不起决定性作用, 而咪唑的取向与键联的组氨酸有密切联系. 同时表明, 血红素轴配体的柔性与其邻近的氨基酸和咪唑体积有关.     

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.     

An investigation of crambin and BPTI based on ABEEM/MM model

Molecular dynamics simulation studies on crambin,BPTI(298 K,in vacuo) have been performed by ABEEM/MM method. Some structural properties were discussed.The results show fair consistency with those from X-ray experiment,Moreover, ABEEM/MM model can properly describe the interactions of hydrogen bond of protein systems.     

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.     

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...     

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.     

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.     

NH4+( (H2O)n(n＝1～9)的量子化学和ABEEM/MM的理论研究

运用量子化学和ABEEM/MM浮动电荷分子力场, 构建描述铵离子-水体系相互作用的精密势能函数, 对 - (H₂O)_n (n＝1～9)簇合物的结构和稳定性等性质进行了研究. 对团簇的结合能和电荷布居分析发现, 当n≤4时, 随着水分子数目的增加, 与水分子间尽可能多地形成线型氢键, 直至水分子在 周围形成完整的第一水合层|当n≥5时, 簇合物以 为中心, 通过氢键网络形成的环状和笼状结构为最稳定. 与第一水合层水分子的相互作用强于水分子之间的相互作用. 结果表明, ABEEM/MM方法的结果与量子化学方法得到的结果有很好的一致性.     

应用ABEEM/MM模型研究水分子团簇(H2O)n(n=7~10)的性质

应用ABEEM/MM模型计算了中等大小水分子团簇(H₂O)_n(n=7~10)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、结构参数的描述等, 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.     

Sr2+和Ba2+水分子体系结构和结合能的从头算和ABEEM/MM研究

应用从头算方法和ABEEM/MM浮动电荷分子力场, 研究了水合碱土离子团簇Sr²⁺/Ba²⁺(H₂O)_n (n=1-6), 构建了离子-水相互作用的ABEEM/MM势能函数, 获得了水合离子团簇的稳定结构, 计算了结合能. 计算结果表明, ABEEM/MM方法的结果和从头算方法的结果有很好的一致性. 进一步应用ABEEM/MM对Sr²⁺和Ba²⁺水溶液进行了分子动力学模拟. 对Sr²⁺水溶液, 得到的Sr²⁺-水中氧原子的径向分布函数的第一和第二最高峰分别位于0.257和0.464 nm处, 第一和第二水合层的配位水分子数分别为9.2和11.4; 对Ba²⁺水溶液, 得到的Ba²⁺与水中氧原子的径向分布函数的第一和第二最高峰分别位于0.269和0.467 nm处, 第一和第二水合层的配位水分子数分别为9.9和12.4. 这与实验值或其它理论模拟结果有较好的一致性. 对比外层的水分子, 金属离子的极化作用使得溶液中第一水合层中水分子的O―H键长增长, HOH键角减小.     

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.     

用MM2力场模拟手性金属配合物[Co（phen）2dppz）]^3＋的新方法

配位键并非典型价键,所以在模拟金属配合物时若模拟方法和参数选取不当,将会导致不能成键或构型发散。本文将探讨一种能在微机上用分子力学模拟手性金属配合物的新方法,该方法以CsChem3D中MM2为支持力场,通过搭建和优化配合物△,∧[Co(phen)2dppz)]^3＋获得其几何构型,并将其构型特征量与文献值或验值进行比较以确定该方法的可靠性。     

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.     

Computational Study on OH Addition Reactions of Three Sulfonamides in Aqueous Solution

OH addition reactions of cationic,neutral and anionic forms of three sulfonamides(sulfamethoxazole,sulfadiazine and sulfapyridine)in aqueous solution were theoretically studied using density functional theory(DFT)method at the M06-2X/6-311+G(3df,2p)level.Transition state theory was applied to estimate the secondary rate constants for these elementary reactions.The obtained results indicate that OH addition reactions of sulfonamides can take place spontaneously at standard conditions.The anionic form of three sulfonamides has the highest addition activity,while the corresponding cationic form is the most inactive addition reagent.The benzene ring of neutral forms of three sulfonamides is always a more favorable site for OH radical addition than the oxazole,pyrimidine or pyridine ring.C(3)or(and)C(5)atoms of benzene ring are the most favorable positions for OH addition occurring in benzene ring.Although the water solvent has no remarkable effect on OH addition reactions of neutral sulfonamides,it exerts a significant adverse influence on OH addition reactions of ionic sulfonamides.     

抗原肽与MHC分子相互作用QM/MM分子动力学模拟研究

在MHC I类(major histocompatibility complex class I)分子抗原加工提呈过程中抗原蛋白在抗原提呈细胞(antigen-presenting cells, APC)的胞浆中被蛋白酶体(proteasome)裂解成短肽peptide, 由转运相关蛋白(transporter associated with antigen processing, TAP)将蛋白酶体裂解产生的短肽片段从胞浆转运至内质网腔. 短肽peptide在内质网中与新生成的MHC I类分子结合, 形成peptide-MHC复合体被提呈到APC细胞表面, 与T细胞表面抗原受体(T cell receptor, TCR)特异性识别结合, 使得CTL细胞开始活化、增殖、分化, 进而对肿瘤细胞进行特异性杀伤. 目前对CTL细胞如何识别抗原肽-MHC复合物分子及抗原短肽peptide如何与主要组织相容性复合体MHC分子的相互作用识别结合的机理还不是很清楚. 传统的预测CTL细胞表位的方法没有考虑受体与配体结合过程中电子结构的变化, 电子结构的变化需要用量子力学方法来处理. 本文采用QM/MM多尺度生物大分子的分子动力学模拟方法, 以天然抗原肽TAX (LLFGYPVYVYU)与HLA-A*0201分子结合的晶体结构为模板, 替换抗原肽“锚点”氨基酸, 将口袋氨基酸残基的原子极化电荷在空间形成的静电势用电多极矩分量表示. 用箱线图分析每个口袋氨基酸分子静电势变化和功能, 确定Pocket B的Glu63和Lys66的功能是精细识别氨基酸和一级结合氨基酸, Pocket F的Asp77, Tyr84的功能是精细识别氨基酸, 而Asp77, Lys146是一级结合氨基酸, 表明QM/MM方法在提取抗原肽与MHC I类分子识别结合特异性信息是可行的, 这对了解免疫识别机理和指导肿瘤疫苗的开发都具有指导意义.     

光合释氧机理的ABEEM/MM/MD和BS-DFT理论研究

建立了S₂态光合释氧络合物（OEC）的原子-键电负性均衡模型（ABEEMσπ）的电荷参数,并使用ABEEM/MM/MD可极化力场的分子动力学模拟和对称性破损的DFT研究了光合作用制造氧气的微观机制.HF/STO-3G（采用此基组的原因请见引用文献）水平下的电荷拟合结果证明了ABEEMσπ模型计算电荷分布的合理性和高效性.MD模拟显示,S₂态Mn₄CaO₅的双向异构化过程伴随Ca上的水分子W3转移至Mn1（III）/Mn4（III）,它很可能作为底物水之一,与O5在S₄态结合产生O₂.基于此,考察了全自旋态下两种异构体形式中O－O键形成的自由基耦合机理.BS-DFT计算结果表明,开立方结构的释氧活性大大优于闭立方结构,金属锰和氧自由基的自旋耦合方式也是反应性的决定性因素,同时,OEC的结构灵活性对于S态循环和光合水分解至关重要.     

Study of water clusters in the n = 2–34 size regime, based on the ABEEM/MM model

Various properties of water clusters in the n = 2–34 size regime with the change of cluster size have been systemically explored based on the newly developed flexible-body and charge-fluctuating ABEEM/MM water potential model. The ABEEM/MM water model is to take ABEEM charges of all atoms, bonds, and lone-pairs of water molecules into the intermolecular electrostatic interaction term in molecular mechanics. The computed correlating properties characterizing water clusters (H₂O) _n (n = 2–34) include optimal structures, structural parameters, ABEEM charge distributions, binding energies, hydrogen bonds, dipole moments, and so on. The study of optimal structures shows that the ABEEM/MM model can correctly predict the following important structural features, such as the transition from two-dimensional (from dimer to pentamer) to three-dimensional (for clusters larger than the hexamer) structures at hexamer region, the transition from cubes to cages at dodecamer (H₂O)₁₂, the transition from all-surface (all water molecules on the surface of the cluster) to one water-centered (one water molecule at the center of the cluster, fully solvated) structures at (H₂O)₁₇, the transition from one to two internal molecules in the cage at (H₂O)₃₃, and so on. The first three structural transitions are in good agreement with those obtained from previous work, while the fourth transition is different from that identified by Hartke. Subsequently, a systematic investigation of structural parameters, ABEEM charges, energetic properties, and dipole moments of water clusters with increasing cluster size can provide important reference for describing the objective trait of hydrogen bonds in water cluster system, and also provide a strong impetus toward understanding how the water clusters approach the bulk limit.