近饱和区过热水蒸汽性质的分子动力学模拟研究

本文根据统计热力学理论,应用分子动力学模拟方法,对过热水蒸气的热物性进行了研究.选取实验压力为10MPa,利用TIP4P模型和不同经典方程,模拟计算温度从320℃到800℃时水蒸气的压力.从结果可以看出:近饱和区标准维里方程模拟压力值偏离实验值较远,径向状态方程和段式状态方程模拟结果的误差要小于维里方程的.随温度的增加,三种方程的模拟结果均趋于实验值.另外,本文还对影响模拟结果的一些因素进行了详细的讨论.     

C36团簇生长动力学及自由能

在2300 K的气相条件下,采用经典分子动力学方法对C₃₆团簇的生长过程进行模拟,并计算生长过程中出现的势能最低的20个异构体的相对概率.计算结果表明:团簇系统在100 ns左右达到动态平衡,出现概率最大的异构体是_2d而不是势能最低的D_6h.对于某些势能和自由能均较高的碗状异构体,在生长过程中以一定概率出现,其出现概率甚至高于某些经典构型.     

自由能方法与零压下Al的熔化温度

利用自由能方法的分子动力学模拟,计算了零压下Al的熔化温度.在计算液相自由能的过程中,采用勒纳-琼斯(LJ)液体作为参考系统,同时将计算结果与Mei和Davenport等人的计算结果进行了比较,计算结果表明：1)选用LJ参考系统使液相自由能的计算时间节省一半,并且不影响熔化温度的计算结果;2)采用不同的埋入原子势(EAM)的分子动力学模拟计算得到的熔化温度与实验值都存在偏差,而就金属Al而言,采用Cai等人的EAM势的熔化温度的计算结果比Mei和Davenport及Morris等人采用的势模型的结果略有改 关键词： 熔化温度 自由能方法 分子动力学模拟     

自由能方法与零压下Al的熔化温度

利用自由能方法的分子动力学模拟，计算了零压下Al的熔化温度.在计算液相自由能的过程中，采用勒纳-琼斯(LJ)液体作为参考系统，同时将计算结果与Mei和Davenport等人的计算结果进行了比较，计算结果表明：1)选用LJ参考系统使液相自由能的计算时间节省一半，并且不影响熔化温度的计算结果；2)采用不同的埋入原子势(EAM)的分子动力学模拟计算得到的熔化温度与实验值都存在偏差，而就金属Al而言，采用Cai等人的EAM势的熔化温度的计算结果比Mei和Davenport及Morris等人采用的势模型的结果略有改     

不同势函数状态方程湿空气性质的模拟研究

本文从L-J维里状态方程、L-J径向状态方程,TIP4P维里状态方程以及TIP4P径向状态方程四种模型出发,利用分子动力学模拟技术,进行了湿空气性质的研究.对不同状态方程的模拟结果的稳定性进行了探讨,发现径向状态方程的稳定性要好于维里状态方程,最后采用径向分布方程及TIP4P模型,模拟了湿空气的性质,结果表明湿空气在低温、高压和高含湿量下,其性质不再接近于理想气体的性质.     

抑制剂G4G与HIV-1蛋白酶作用模式的结合自由能计算研究

本文采用分子动力学模拟和结合自由能计算研究了抑制剂G4G与HIV-1蛋白酶的作用机制。研究结果表明范德华作用主导了抑制剂G4G与HIV-1蛋白酶的结合。基于残基的自由能计算表明残基Gly49、Ile50、Val82、Ile84、Gly27′、Ala28′、Ile50′和Ile84′与G4G产生了较强的相互作用,同时研究也表明CH-π,CH-O相互作用和氢键是其主要的作用形式。该研究能为以HIV-1蛋白酶为靶标的抗艾滋病药物设计提供理论上的指导。     

抑制剂G4G与HIV-1蛋白酶作用模式的结合自由能计算研究

本文采用分子动力学模拟和结合自由能计算研究了抑制剂G4G与HIV-1蛋白酶的作用机制。研究结果表明范德华作用主导了抑制剂G4G与HIV-1蛋白酶的结合。基于残基的自由能计算表明残基Gly49、Ile50、Val82、Ile84、Gly27′、Ala28′、Ile50′和Ile84′与G4G产生了较强的相互作用,同时研究也表明CH-π,CH-O相互作用和氢键是其主要的作用形式。该研究能为以HIV-1蛋白酶为靶标的抗艾滋病药物设计提供理论上的指导。     

MDM2与抑制剂PDIQ作用机制的结合自由能计算研究

近年来p53-MDM2相互作用已成为抗癌药物设计的重要靶标.本工作采用分子动力学模拟和结合自由能计算研究抑制剂PDIQ与MDM2的结合模式.结果显示范德瓦尔斯作用是抑制剂结合的主体力量.基于残基的自由能分解计算结果表明CH-CH,CH-π和π-π相互作用驱动了抑制剂与MDM2的结合.这一研究可为抗癌药物的设计提供一定的理论指导.     

抑制剂Benzamidine与胰岛素作用机制的分子动力学和结合自由能计算研究

氢键和极性相互作用在抑制剂-蛋白结合专一性识别过程中起到重要作用. 抑制剂Benzamidine(BEN)与胰岛素trypsin相互作用机制的阐明有助于胰岛素高效抑制剂的研发.本文采用分子动力学模拟和MM-PBSA(molecular mechanics-Poisson Boltzmann surface area)从原子层次上研究BEN与胰岛素的结合模式.结果表明抑制剂BEN的脒基不仅与Asp189的羰基产生静电相互作用,而且与残基Ser190和Gly214形成氢键相互作用.基于残基能量分解的计算表明抑制剂的苯基与残基His58, Cys191, Gln192, Trp211, Gly212和Cys215形成有利于抑制剂结合的疏水性相互作用.期望当前的研究能为胰岛素有效抑制剂的研发提供重要的理论指导.     

抑制剂Benzamidine与胰岛素作用机制的分子动力学和结合自由能计算研究

氢键和极性相互作用在抑制剂-蛋白结合专一性识别过程中起到重要作用.抑制剂Benzamidine(BEN)与胰岛素trypsin相互作用机制的阐明有助于胰岛素高效抑制剂的研发.本文采用分子动力学模拟和MM-PBSA(molecular mechanics-Poisson Boltzmann surface area)从原子层次上研究BEN与胰岛素的结合模式.结果表明抑制剂BEN的脒基不仅与Asp189的羰基产生静电相互作用,而且与残基Ser190和Gly214形成氢键相互作用.基于残基能量分解的计算表明抑制剂的苯基与残基His58,Cys191,Gln192,Trp211,Gly212和Cys215形成有利于抑制剂结合的疏水性相互作用.期望当前的研究能为胰岛素有效抑制剂的研发提供重要的理论指导.     

Relaxation dynamics and power spectra of liquid water: a molecular dynamics simulation study

We present molecular dynamics simulations of liquid water at normal and supercooled conditions. Autocorrelation functions (ACFs) of several structural quantities and their fourier transforms are obtained and analysed. Structural correlations and relaxation times increase linearly with degree of supercooling. Power spectra of ACFs show increase in librational motion of liquid water with cooling. These modes intensify with supercooling because of structuring and ordering of water molecules. Overall, liquid water structure is homogenous over the temperatures and pressures studied and undergoes fluctuation–dissipation in its local-density variations [English and Tse, Phys. Rev. Lett. 106, 037801 (2011)].     

Free energy reaction root mapping of alanine tripeptide in water

ABSTRACT

We have investigated the free energy surface of alanine tripeptide in water. To elucidate the secondary structure of the amide chain, information on the free energy surface with explicit water at room temperature, and the multidimensional reaction coordinates are required. We studied the minimum free energy paths (MFEPs) connecting reactants, transition structures (TS) and products. To solve this problem, we used the free energy reaction root mapping (FERRMap) method. This is an automated search method to find MFEPs by using umbrella integration and the scaled hypersphere search method. We calculated the four-dimensional free energy surface for alanine tripeptide in water using FERRMap and found 61 equilibrium structures (EQ) connected by 133 TS points. After elucidating the MFEP network, we analysed the structures of the EQ points and the MFEPs connecting beta-sheet structures and beta-turn structures or left-handed helix structures.     

能量公设与自由能判据的普遍化形式

从能量公设的角度论述了自由能及其判据的普遍化形式,并对其本质内涵进行了讨论．讨论认为：热力学系统中目由能的一般形式是与N种功类型相关的各种能形式之和,对孤立物体系在温度不变的情形下,不可逆过程总是导致总自由能的减少．通过实例说明了普遍化形式自由能判据的应用．     

High-temperature dynamic behavior in bulk liquid water: A molecular dynamics simulation study using the OPC and TIP4P-Ew potentials

Classical molecular dynamics simulations were performed to study the high-temperature (above 300 K) dynamic behavior of bulk water, specifically the behavior of the diffusion coefficient, hydrogen bond, and nearest-neighbor lifetimes. Two water potentials were compared: the recently proposed “globally optimal” point charge (OPC) model and the well-known TIP4P-Ew model. By considering the Arrhenius plots of the computed inverse diffusion coefficient and rotational relaxation constants, a crossover from Vogel–Fulcher–Tammann behavior to a linear trend with increasing temperature was detected at T* ≈ 309 and T* ≈ 285 K for the OPC and TIP4P-Ew models, respectively. Experimentally, the crossover point was previously observed at T* ± 315–5 K. We also verified that for the coefficient of thermal expansion α _P (T, P), the isobaric α _P (T) curves cross at about the same T* as in the experiment. The lifetimes of water hydrogen bonds and of the nearest neighbors were evaluated and were found to cross near T*, where the lifetimes are about 1 ps. For T < T*, hydrogen bonds persist longer than nearest neighbors, suggesting that the hydrogen bonding network dominates the water structure at T < T*, whereas for T > T*, water behaves more like a simple liquid. The fact that T* falls within the biologically relevant temperature range is a strong motivation for further analysis of the phenomenon and its possible consequences for biomolecular systems.     

微液滴在不同能量表面上润湿状态的分子动力学模拟

微小液滴在不同能量表面上的润湿状态对于准确预测非均相核化速率和揭示界面效应影响液滴增长微观机理具有重要意义. 通过分子动力学模拟, 研究了纳米级液滴在不同能量表面上的铺展过程和润湿形态. 结果表明, 固液界面自由能随固液作用强度增加而增加, 并呈现不同液滴铺展速率和润湿特性. 固液作用强度小于1.6的低能表面呈现疏水特征, 继续增强固液作用强度时表面变为亲水, 而固液作用强度大于3.5的高能表面上液体呈完全润湿特征. 受微尺度条件下非连续、非对称作用力影响, 微液滴气液界面存在明显波动, 呈现与宏观液滴不同的界面特征. 统计意义下, 微小液滴在不同能量表面上铺展后仍可以形成特定接触角, 该接触角随固液作用强度增加而线性减小, 模拟结果与经典润湿理论计算获得的结果呈现相似变化趋势. 模拟结果从分子尺度为核化理论中的毛细假设提供了理论支持, 揭示了液滴气液界面和接触角的波动现象, 为核化速率理论预测结果和实验测定结果之间的差异提供了定性解释.