ABEEMσπ／MM 模型下8种类型氢键的氢键拟合函数

在ABEEMσπ/MM浮动电荷模型下,为了防止电荷过度极化,提高力场的准确性,引入了氢键拟合函数klp,H(Rlp,H)在氢键相互作用区域代替总校正系数k来描述氢键相互作用.选取了8个模型小分子二聚体,通过拟合在氢键两个区域之间不同距离时从头计算结果的结合能,来拟合ABEEMσπ/MM方法下的氢键拟合函数.应用该氢键拟合函数在ABEEMσπ/MM方法下计算小分子二聚体的结合能,与从头算方法得到的结合能有很好的一致性.同时对具有同样类型氢键的其他二聚体的结合能进行了计算,与从头算结果相近,说明这些函数具有良好的可转移性.     

用从头算和ABEEM/MM法研究水分子团簇增长方式

应用从头计算方法和ABEEM/MM模型,模拟了以单环(H2O)n(n=3-6)为片段的水分子团簇初步增长的各种可能方式,得到该系列团簇的稳定结构.总结了结合能、氢键强度、电荷分布、氢键几何参数等性质在团簇增长过程中的变化趋势.ABEEM/MM方法的几何构型优化结果、氢键几何参数与从头算方法在数值上符合较好;在氢键强度和氧原子所带电荷数的平均值方面,与从头算方法所得变化趋势完全一致.     

应用ABEEM/MM方法对生物小分子CH3CONH2(H2O)n(n=1～3)团簇的理论研究

应用ABEEM/MM方法对由乙酰胺结合1～3个水分子形成的9种团簇进行研究,并把由该方法计算出的结果同从头算的结果进行比较.得出：在CH3CONH2（H2O）n（n=1～3）团簇中,氢键作用是主要的;随着水分子数的增加,团簇的稳定性随之增强;同时,对于结合相同水分子数的团簇而言,其稳定性也随着形成氢键的类型及数目的不同而有所差别.另外,ABEEM/MM方法在几何构型优化和相互作用能计算方面,也与从头算方法得到了较好的吻合.     

应用ABEEMσπ/MM方法计算小分子肽的总能量

把分子力场(MM)和原子-键电负性均衡方法(ABEEMσπ)协调融合在一起,采用ABEEMσπ/MM方法的分子能量计算方法,选取直链烷烃(n=1~10)、丙酮、丁酮、3-戊酮、N-甲基乙酰胺(NMA)、丙氨酸二肽和若干种氨基酸作为模型分子,计算模型分子能量,从而得到不同类型原子价态能量参数.应用这些原子价态能量参数,计算小分子肽的能量.把所得结果与从头算(MP2/6-311++G(d,p))方法计算的结果相比,得出小分子肽能量的绝对偏差小于9.000 0 kcal/mol,相对偏差小于19.000 0×10-6,且均方根偏差3.450 0 kcal/mol,相对均方根偏差6.919 0×10-6.以上结果表明,ABEEMσπ/MM方法计算的分子能量结果与从头算(MP2/6-311++G(d,p))方法计算的结果具有较好的一致性,此外,用ABEEMσπ/MM方法计算分子能量要远远快于从头算(MP2/6-311++G(d,p))方法.     

利用ABEEM/MM模型对气态丝氨酸和苏氨酸残基二肽分子构象的研究

应用ABEEM／MM浮动电荷模型（原子一键电负性均衡方法融合进分子力场）对气态丝氨酸和苏氨酸残基二肽分子构象进行了初步的研究,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,合理的体现了分子中的电荷分布。相对其他极化力场模型,该模型具有计算量较小的特点。结果表明：我们模型计算的两种二肽分子的构象能和关键二面角结构与从头计算结果符合得很好,优于其他力场模型。     

含锌蛋白结构的电荷分布及蛋白质片段的结构优化

在PDB数据库中选取一系列的含锌蛋白模型分子并采用B3LYP/6-31+G*方法对氢原子进行部分优化,以Mulliken电荷为基准,利用线性回归和最小二乘法进行电荷分布计算,拟合出一套适用于含锌蛋白分子电荷计算的ABEEMσπ模型电荷参数.通过测试分子的检验,说明参数具有很好的可转移性.将拟合好的电荷参数融入ABEEMσπ浮动电荷极化力场,对3个蛋白质片段进行了力场优化并与PDB结构进行对比,得到相应键长和键角的偏差并统计了均方根偏差.键长均方根偏差最大值为0.005 6nm,键角均方根偏差最大值为3.75°.从优化结果来看,ABEEMσπ浮动电荷极化力场的参数是合理的,可以应用到更大的含锌蛋白体系中.     

应用 ABEEMσπ模型研究鸟嘌呤异构体的电荷分布和偶极矩

以密度泛函和电负性均衡原理为基础发展的原子-键电负性均衡方法的σπ模型（ABEECσπ）.并结合自编程序,计算了鸟嘌呤五种异构体的电荷分布和偶极矩,计算结果表明,所计算出的电荷分布可以和从头算结果很好地关联.所计算的偶极矩与其它从头计算方法和力场方法相比总体趋势相同,进一步说明了ABEEMσπ模型的合理性.     

应用ABEEMσπ方法估算含有羟基的分子的pK_a值

使用B3LYP/6-311++G(d,p)方法,优化获得含有羟基的训练集分子的稳定几何结构,以HF/STO-3G方法所计算的Mulliken电荷为基准,采用线性回归和最小二乘法调试出ABEEMσπ方法计算电荷所需要的参数(价态电负性χ*和价态硬度η*).探讨拟合训练集分子中与羟基相连的C原子和与羟基的H原子的电荷差值与实验pK_a值的线性方程.通过该线性方程和ABEEMσπ所计算的电荷,估算出一些含有羟基测试集分子的pK_a值.这些分子包括了12个含有羟基的有机小分子;1个Tyr二肽、6个Ser二肽;质子化和中性的Trp-cage蛋白质.使用ABEEMσπ方法所估算的pK_a值与实验值很接近.因此,ABEEMσπ方法能快速估算其他含有羟基分子的pK_a值.     

(Urea)n(n=2～5)内分子间相互作用的理论化学研究

用MP2/6-311++G~(**)//B3LYP/6-311++G~(**)方法对(Urea)_n(n=2～5)复合物进行结构优化、频率和结合能的计算,并考虑基组重叠误差.研究发现,(Urea)_n(n=2～5)中存在N—H…O和N—H…N两种类型的氢键,其中,N—H…O型氢键键长较短,氢键角较大,作用强度较大.通过Mulliken电荷布居分析,发现复合物中参与形成氢键的原子所带电荷变化明显,而没有参与形成氢键的原子电荷几乎不变.基于原子-键电负性均衡方法,确定尿素团簇的相关ABEEM电荷参数,计算得到的电荷分布与量子化学结果有很好的一致性.     

铝离子水分子团簇Al~(3+)(H_2O)_n(n=1～6)性质的理论研究

采用高水平的从头计算方法对铝离子水分子团簇Al3+(H2O)n(n=1～6)进行了几何构型的优化、能量和振动频率的计算.计算结果表明Al3+(H2O)n(n=1～6)的最稳定构型都是水分子直接结合于离子.随着团簇中水分子数的增加,R(Al3+—O)逐渐增长,总的结合能逐渐增大,连续结合能逐渐减小.团簇中,铝离子和水分子之间有明显的电荷转移,铝离子的极化作用导致O—H键伸缩振动向低波数方向移动,而对∠HOH的弯曲振动影响较小.     

应用ABEEMσπ/GB-SA方法估算4个带电二肽的溶剂化自由能

采用B3LYP/6-311++G(d,p)理论水平优化获得体系的稳定几何结构.在相同的理论水平下,使用SMD溶剂模型,计算这些分子在水溶剂中的溶剂化自由能,并以其作为标准值.将各分子的稳定结构作为初始结构,在298 K、NVT系综下,应用ABEEMσπ可极化分子力场,对氨基酸侧链分子的水溶液进行分子动力学模拟,模拟的时间为1ns.平衡后的结构作为训练集,以调节和确定ABEEMσπ的相关参数,最终得到与从头计算相一致的溶剂化自由能.使用相同的参数,计算带电氨基酸二肽的溶剂化自由能,ABEEMσπ的计算结果与从头计算结果具有良好的一致性,表明该参数具有可转移性,这为研究多肽和蛋白质分子的溶剂化自由能奠定了基础.     

应用ABEEM_(σπ)模型研究非金属硼化物的电荷分布

通过大量量子化学计算,拟合确定了非金属硼化物体系模型分子的ABEEMσπ参数.将这些参数应用到ABEEMσπ模型中计算非金属硼化物模型分子的电荷分布,计算结果显示,ABEEMσπ模型计算得到的电荷分布与从头算计算的电荷分布都有很好的一致性.还计算了测试分子的电荷分布从而验证了ABEEMσπ参数的可转移性,电荷分布变化的规律是在BF3,BCl3,BBr3,BI3分子中B原子电荷逐渐减小,F,Cl,Br,I原子电荷逐渐增大.ABEEMσπ模型可以很好地应用于非金属硼化物的结构和性质的分析.     

甲酰胺二聚体性质的分子力学模拟研究

应用ABEEM/MM浮动电荷力场和从头算方法对甲酰氨二聚体的性质进行了研究,甲酰氨二聚体都具有一定的对称性,其中FAD1和FAD4具有C2h对称性而FAD2和FAD3具有Cs对称性。ABEEM/MM力场的模拟结果与较精密从头算法所得的结构都非常相近,因此ABEEM/MM力场能够很好地描述氨基化合物二聚体的结构性质。     

HIV-1病毒中NCp7锌指区域和配体的电荷分布研究

采用B3LYP/6-311++G(d,p)方法,优化了4个锌指蛋白分子和31个模型分子的几何构型,使用HF/STO-3G计算了优化后体系的Mulliken电荷分布.使用线性回归和最小二乘法,拟合确定了ABEEMσπ参数(包括参考电荷,价态电负性和价态硬度).使用ABEEMσπ参数,计算获得了4个锌指蛋白和11个配体的电荷分布.ABEEMσπ方法所计算的电荷分布与从头计算方法的线性相关方程斜率k接近1.000,截距b接近于0.000,线性相关系数R在0.943 4以上.由此可见,ABEEMσπ方法与从头计算方法相比有很好的一致性.验证了笔者所拟合的ABEEMσπ参数是合理的和可转移的,可应用于类似体系的电荷分布的计算.     

ABEEMσπ/MM模型对蛋白质G_A88/G_B88水溶液动力学性质的研究

应用ABEEMσπ/MM（σπ水平的原子与键电负性均衡方法融合进分子力学）浮动电荷模型以及显性ABEEM-7P水模型,对GA88和GB88两个蛋白质分子进行了分子动力学模拟.分析了2个蛋白质的动力学性质,包括蛋白质的回旋半径、疏水表面积和亲水表面积、各类原子位置的均方根偏差以及氢键分布.通过对比水溶液和真空下2个蛋白质的回旋半径,表明该模型很好地体现了蛋白质的＂电致紧缩＂现象;对疏水表面积和亲水表面积的计算表明,GB88中残基与溶剂的相互作用更强一些;非氢原子位置的均方根偏差及氢键分布情况与实验结构相比较表明,ABEEMσπ/MM浮动电荷模型模拟的GA88和GB88的结构与实验结构有很好的一致性,进而说明该模型的合理性和参数的可转移性.     

OH-(H2O)n(n=1～8)团簇的量子化学研究

分别在B3LYP/6-31++G(d,p)、MP2/6-31++G(d,p)、MP2/aug-cc-pVDZ水平下,对OH-(H2O)n(n=1～8)团簇进行结构、二阶稳定化能、结合能等性质的研究,并进行电荷性质讨论,分析了上述稳定构象下的电荷分布和电荷转移.计算结果表明:对于氢氧根离子水团簇的结构、电荷转移、二阶稳定化能、结合能等性质,3种方法的计算结果多数比较接近,且氢氧根离子水团簇的结构、电荷转移、二阶稳定化能都与氢氧根离子的氧原子的配位数有关.OH-与第一壳层水分子形成的平均氢键长R-O…H,随着OH-氧的配位数的增加而增加.对于水分子数相同的团簇,第一壳层的平均角度θ-H…O…H、氢氧根离子总电荷与第一壳层水分子平均电荷的乘积qOH-×q-FW、氢氧根离子的电荷转移量的绝对值|ΔqOH-|以及第一壳层的平均二阶稳定化能E-ave(O…H)随配位数的增加而减小.     

应用ABEEM／MM模型研究甘氨酸与水的氢键作用

应用原子-键电负性均衡方法中的浮动电荷分子力场（ABEEM／MM）,我们构建了1个新的甘氨酸（Glycine）-水势能函数,并将其应用到甘氨酸与水组成的二聚体的研究中．首先研究了甘氨酸单体的几何构型,构型结果与可获得的实验数据显示了很好的一致性;根据对甘氨酸中氮原子和氧原子的孤对电子电荷分布的ABEEM／MM方法分析,可以解释水与作用点形成氢键的强弱;进而研究了甘氨酸与1个水作用的结合能,ABEEM／MM模型与从头计算方法得到的结果显示了很好的一致性．表明我们势能函数的合理性以及参数的正确性．     

ABEEMσπ-GB／SA方法计算6种氨基酸四肽溶剂化自由能

使用ABEEMσπ浮动电荷极化分子力场，在298 K ，NVT 系综下对5种构象的A la四肽水溶液进行了动力学模拟。计算了动力学平衡态下A la四肽中非氢原子的均方根偏差。结合广义玻恩模型（GB）计算了溶剂化自由能的极性部分，使用SA 方法计算了溶剂化自由能的非极性部分。溶剂化自由能的结果表明，A la四肽αR螺旋和β折叠构象容易在水溶液中存在。使用类似方法分别对Gly ，Leu ，Val ，Asn和Asp四肽的αL螺旋构象水溶液进行了动力学研究，计算了这5种四肽的溶剂化自由能。结果表明，A sp和A sn四肽亲水性较强，Leu、Val和Ala四肽疏水性较强，Gly 四肽居中，此结论与实际相符。该类研究为ABEEMσπ浮动电荷力场用于其他生物大分子体系奠定了很好的基础。     

应用ABEEM/MM模型研究异亮氨酸与水的氢键作用

应用ABEEM/MM模型构建了异亮氨酸(Isoleucine)-水相互作用的势能函数,并将其运用到异亮氨酸与水组成的二聚体的研究中.在B3LYP/6-311++G(d,p)水平上,首先研究了异亮氨酸单体的几何构型,结果表明最稳定的构型是异亮氨酸的顺式结构,并用ABEEM/MM模型对其进行优化和电荷分布分析;其次研究了异亮氨酸与1个水的相互作用,通过分析氢键作用区域得到4种稳定构象,用ABEEM/MM和从头算方法计算稳定二聚体的结合能.数据表明,ABEEM/MM模型与从头算方法得到的结果有很好的一致性.     

腺嘌呤与水分子相互作用的理论研究

应用在密度泛函理论和电负性均衡原理基础上发展起来的原子-键电负性均衡方法（ABEEM），并融合进分子力场中，对比从头计算方法，研究了腺嘌呤（adenine）-水体系中氢键的相互作用，计算了腺嘌呤1水复合物的各种性质，如：优化的几何构型、结合能、稳定性等．揭示了腺嘌呤1水复合物稳定存在的构型是环状的双氢键形式，即水分子与腺嘌呤相互作用时，同时作为受体和供体与腺嘌呤的氢原子和氮原子形成氢键．同时，通过对腺嘌呤1水复合物能量的计算，找到了腺嘌呤与水结合的最优几何位置．计算结果表明，我们的方法和从头计算及实验结果相比有很好的一致性，验证了我们模型的合理性和参数的可靠性．