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.     

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.     

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。     

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.     

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.     

应用ABEEMσπ极化力场对Zn2+水溶液配位微结构和水交换反应进行分子动力学模拟研究

应用ABEEMσπ极化力场,对Zn²⁺水溶液体系进行分子动力学模拟,探讨Zn²⁺的配位微结构和配体水交换反应。水分子模型采用ABEEM-7P精细水模型。模拟后对体系结构、电荷及动力学性质进行细致分析。结构分析表明,平衡体系中Zn²⁺的第一层配位数为6,这与实验值是一致的。水交换反应过程中,溶剂水由O-Zn-O角分线斜上（下）方进攻Zn²⁺,配位水由O-Zn-O角分线斜下（上）方逐渐远离。极化力场模拟时Zn²⁺与交换水间的距离变化波动较大,而固定电荷力场的波动较小。模拟发现,极化力场的径向分布函数能精细地展示第二、三层配体的配位微结构,第二配位层存在靠近Zn²⁺的亚壳层,能与第一水合层发生水交换反应,充分体现了Zn²⁺的极化效应。本文阐明了水交换反应中,Zn²⁺位点电荷与交换水中氧原子孤对电子位点电荷的规律性变化,从电荷的角度解释了水交换反应的合理性。ABEEMσπ极化力场模拟Zn²⁺水溶液获得第一水合层的平均配位驻留时间为2.0×10^-9 s,在实验值范围内,说明ABEEMσπ极化力场可以合理地模拟Zn²⁺水溶液体系。     

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.     

从头算和ABEEMσπ/MM对(CH_3OH)_n(n=3～12)和[Na(CH_3OH)_n]~+(n=3～6)体系的研究

采用从头算方法(ab initio)和原子-键电负性均衡浮动电荷分子力场方法(ABEEMσπ/MM),对甲醇团簇(CH_3OH)n(n=3~12)和[Na(CH_3OH)_n]~+(n=3~6)体系的结构、电荷分布和结合能进行研究.依据从头算结果构建上述体系的ABEEMσπ/MM浮动电荷势能函数,并确定相关参数.结果表明,ABEEMσπ/MM所获得的结构和结合能等均优于OPLS/AA力场,并与从头算结果相符,其中键长的平均绝对偏差(AAD)小于0.004 nm,键长、键角和结合能的相对均方根偏差(RRMSD)分别小于3.8%,1.7%和6.8%;电荷分布与从头算结果的线性相关系数均大于0.99.     

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.     

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.     

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.     

端羟基聚丁二烯/增塑剂共混物相容性的分子动力学模拟和介观模拟

应用分子动力学(MD)和介观动力学(MesoDyn)模拟方法对固体推进剂中端羟基聚丁二烯(HTPB)与增塑剂癸二酸二辛酯(DOS)、硝化甘油(NG)的相容性进行了研究. 采用MD模拟方法在COMPASS力场下, 对纯物质、HTPB/增塑剂共混物的密度、内聚能密度、溶度参数和共混物分子间的Flory-Huggins作用参数及结合能等进行了模拟计算, 通过比较溶度参数差值(Δδ)的大小、模拟前后体系密度变化情况均可以预测HTPB与增塑剂的相容性, 结合能的分析揭示了HTPB/增塑剂共混物组分间的相互作用及本质. 将Flory-Huggins作用参数转化为MesoDyn模拟的输入参数, 采用MesoDyn模拟方法对HTPB/增塑剂共混体系的介观形貌与动力学演变过程进行了研究, 通过模拟得到的等密度图、自由能密度和有序度参数等可以判断共混体系的相容性. MD和MesoDyn模拟结果均表明: HTPB/DOS属于相容体系, 而HTPB/NG属于不相容体系, 其结论与实验结果一致.     

水化Na-蒙脱石和Na/Mg-蒙脱石的分子动力学模拟

利用分子动力学方法(MD)研究了Na-蒙脱石和Na/Mg-蒙脱石层间的补偿阳离子和水分子的结构及扩散性质. 模拟结果表明, 在一定水含量范围内Na-蒙脱石和Na/Mg-蒙脱石表现出不同的膨胀形式, 特别是层间水分子数目在48～72之间时, Na/Mg-蒙脱石的层间距比Na-蒙脱石有较为明显的增大. Na/Mg-蒙脱石两层水化物的层间水分子与Mg2+形成了明显的两层水合壳; 而与Na+只形成了一层平面的水合壳. 在Na/Mg-蒙脱石中, Na+和 Mg2+的扩散方式不同, Na+的扩散范围相对更广, 自扩散系数更大. Na/Mg-蒙脱石比相同水含量下的Na-蒙脱石层间水的自扩散系数小. 由于Mg2+和Na+对层间结构的强烈影响, 从而使有少量Mg2+取代Na+的Na/Mg-蒙脱石与Na-蒙脱石表现出不同的膨胀性质和层间物质的扩散性质.     

界面水分子扩散对超高分子量聚乙烯摩擦学性能影响的反应分子动力学模拟研究

采用基于反应力场(ReaxFF)的分子动力学模拟方法,研究了摩擦界面水分子向超高分子量聚乙烯(UHMWPE)基体扩散和渗透的基本过程.分子模拟结果表明：摩擦过程中,水分子稳定吸附在Fe板表面,并与聚乙烯链形成分子内摩擦,使聚乙烯分子产生剪切变形.当Fe板表面存在纳尺度外凸结构时,其在UHMWPE表面的耕犁作用更为显著,使摩擦界面的内摩擦力显著增加.当摩擦速度增加时,摩擦界面原子温度显著升高.在水润滑条件下,界面水分子逐渐扩散到UHMWPE基体中,引起相邻聚乙烯链之间的原子距离增加,这导致聚乙烯链之间的相互作用强度降低.此外,摩擦界面处还伴随着水分子中氢氧键断裂,并引起相应原子的电荷跃变.此时,水氧原子与Fe原子形成Fe―O化合物,且具有与Fe₂O₃相似的晶体结构.水分子扩散进入UHMWPE内时,还引起其周围聚乙烯分子的电荷发生改变,造成UHMWPE表层原子电荷分布不均匀.     

液体和非晶态Ni64B36合金结构的从头算分子动力学模拟

运用从头算分子动力学模拟了液体以及猝冷后形成的非晶态Ni₆₄B₃₆合金体系, 得到了它们的对相关函数、结构因子、键对分析方面的结构信息, 与实验结果相当一致; 结果表明, 猝冷得到的合金性质与液体合金性质相似, 为非晶态结构. B原子多数以B—B双原子成键形式分散于Ni原子构成的骨架中. 电子态密度分析表明, Ni 3d电子最活泼, 因此在合金中Ni为活性位. 轨道电荷分析从电子结构角度揭示了在NiB 催化剂中B作为修饰剂的机理.     

基于计算机模拟技术对JAK2抑制剂的定量构效关系、分子设计和分子动力学研究

本文选取了52个对Janus激酶2(JAK2)有抑制作用的小分子化合物,分别使用3D-QSAR中的CoMFA和CoMSIA方法构建了两个可靠的、具有预测能力的模型,并利用分子对接分析数据集化合物与JAK2蛋白的相互作用,表明化合物主要通过氢键和范德华作用与JAK2靶蛋白结合。根据3D-QSAR模型的分析结果,设计了40个化合物,利用构建的模型预测其抑制活性;使用软件预测了化合物的药代动力学(ADME)参数,开展分子对接模拟,最终选择化合物D01和D22与JAK2靶蛋白进行了分子动力学模拟研究,结果显示两个复合物结合构象稳定,与分子对接结果趋势一致。本研究的结果可以为JAK2抑制剂的研发提供一些新的思路,为临床开发此类药物提供理论支撑。     

应用ABEEM/MM力场模型研究水分子团簇(H2O)n(n=7～35)的性质

应用ABEEM/MM模型研究和计算了水分子团簇(H2O)n(n=7～35)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、团簇的递增结合能等,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,又进一步地预测了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.以上研究不仅系统研究和分析了水团簇的各种性质,而且对比Ab initio研究和实验结果,进一步验证了ABEEM/MM模型的合理性以及参数的正确性和可转移性.     

基于GROMACS软件的本科生酶工程创新实验项目设计*——微生物谷氨酰胺转胺酶在水溶液中的分子动力学模拟

基于分子动力学模拟软件GROMACS设计了微生物谷氨酰胺转胺酶在不同温度水环境下的分子动力学模拟实验,通过计算模拟过程中酶蛋白主链动力学,分子内氢键数目,回转半径以及溶剂可接触表面积的变化,分析温度对酶的结构与功能造成的影响。该模拟实验可帮助学生:(1)掌握蛋白质分子在水溶液中动力学模拟的方法;(2)理解温度对酶结构稳定性和活性造成的影响;(3)了解分子运动特性的生物学的意义;(4)学习酶工程研究的新手段。     

Pt/Al2O3催化剂还原方法对Pt粒子表面性质的影响

以CO吸附红外光谱结合CO化学吸附、透射电镜和能量散射谱等手段,研究了Pt/Al₂O₃制备过程中还原方法对最终Pt粒子表面活性位分布、粒径大小和表面残余氯等表面性质的影响,重点考察了普通的气相氢气还原和甲酸钠水溶液还原两种方法的对比。结果表明,采用氢气气相还原时,Pt/Al₂O₃上Pt粒子表面台阶位和平台位比例基本不随焙烧温度而变;而采用甲酸钠水溶液还原时,Pt粒子表面台阶位所占比例随焙烧温度升高而提高。水的存在和还原条件剧烈这两个因素使得水相甲酸钠还原不利于Pt的分散,所得Pt/Al₂O₃上Pt的分散度比氢气气相还原所得要小。无论何种还原条件,水的存在都有利于Pt前躯体中的氯从Pt/Al₂O₃表面去除;而氢气气相还原所得催化剂表面则有大量残余氯存在。     

新型二氟甲基磷酸类酪氨酸蛋白磷酸酯酶1B抑制剂的分子动力学模拟和结合自由能计算

通过分子对接建立了一系列含二氟甲基磷酸基团(DFMP)或二氟甲基硫酸基团(DFMS)的抑制剂与酪氨酸蛋白磷酸酯酶1B(PTP1B)的相互作用模式, 并通过1 ns的分子动力学模拟和molecular mechanics/generalized Born surface area (MM/GBSA)方法计算了其结合自由能. 计算获得的结合自由能排序和抑制剂与靶酶间结合能力排序一致; 通过基于主方程的自由能计算方法, 获得了抑制剂与靶酶残基间相互作用的信息, 这些信息显示DFMP/DFMS基团的负电荷中心与PTP1B的221位精氨酸正电荷中心之间的静电相互作用强弱决定了此类抑制剂的活性, 进一步的分析还显示位于DFMP/DFMS基团中的氟原子或其他具有适当原子半径的氢键供体原子会增进此类抑制剂与PTP1B活性位点的结合能力.