ABEEM/MM-MD模拟溶剂对N7质子化嘌呤核酸和芳香胺离子反应的影响

芳香胺离子是芳香胺致癌进程中产生的中间体,它与嘌呤核酸反应,生成芳香胺-DNA加成物,从而导致癌症的发生。在之前的理论研究中,我们发现,N7质子化的嘌呤与芳香胺离子反应时,过渡态的气相和液相中激发能差别很大,其具体原因还不清楚。因此,本文中,应用ABEEM/MM-MD分子动力学模拟方法,研究了溶剂对这类反应的影响。在具体的溶剂模拟中,我们使用显含的水分子作为溶剂,模拟得到了整个反应过程中N7质子化嘌呤与芳香胺离子的水的径向分布函数。分析这些结果可以发现,当反应进行到有过渡态出现时,水溶剂与过渡态的相互作用会变的比反应初始阶段强得多。从这个结果,可以得到过渡态的激发能在气相和液相中差别很大的原因是,在液相反应中,水溶剂与过渡态比较强的相互作用降低了过渡态的激发能。此外,我们也使用ABEEM方法得到了所研究反应过程中的电荷变化情况。

并行程序实现ABEEM σπ模型电荷分布计算

对以密度泛函理论和电负性均衡原理为基础发展的原子-键电负性均衡方法中的σπ模型(ABEEM σπ模型)进行分析得出,利用该模型计算分子体系的电荷分布时,最耗费时间的部分是求解线性方程组.根据解线性方程组的串行程序,我们提出在并行环境下不带平方根的Cholesky分解方法.结果表明,利用改编后的并行程序能快速而准确地计算分子的电荷分布,算法随着矩阵规模的增大,并行效率也随之增高,即分子体系越大结果越理想.因此本算法适用于大规模问题的计算.

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.

Sr^(2+)和Ba^(2+)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0.464nm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0.467nm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 σπ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.

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ABEEM方法计算烷烃的分子能量

将分子力场中的能量项加入到原子-键电负性均衡方法(ABEEM)的能量表达式中,获得了计算烷烃分子能量的方法.选取13个简单烷烃分子CnH2n+2(n=1～6)作为模型分子,调节分子中不同类型的碳和氢原子的价态能量参数.应用这些价态能量参数计算了55个烷烃分子CnH2n+2(n=7～12)的能量.所计算的能量与用MP2/6-311+G(d,p)方法下得到的68个烷烃分子能量相比较,它们的绝对偏差在0.0004～2kcal/mol之间,相对偏差在0.0058×10-6%～9.9795×10-6%之间.也可以计算直链烷烃分子CnH2n+2(n=4～6)不同构象的分子能量和构象能,ABEEM方法可以很好的重复MP2方法的结果.验证了利用ABEEM方法计算分子能量是精确的和可靠的,参数具有一定的可转移性和一致性.另外,使用该方法能非常快速地计算分子能量.使用MP2方法计算正十二烷的能量,需要4334s,而使用ABEEM方法仅用0.1093s,计算速度比MP2方法大约快4万倍.ABEEM方法能精确和快速地计算分子能量,为计算其他分子能量,如二肽,多肽等有机生物分子提供了1种方法.

应用ABEEM/MM方法研究尿素与缬氨酸二肽间的相互作用

对尿素与二肽的相互作用的研究可为探讨尿素致蛋白质变性的机理提供基础．应用ABEEM／MM方法，对尿素和缬氨酸二肽间的相互作用进行了理论研究．结果表明，尿素对缬氨酸二肽的几何结构影响很大，使其骨架二面角发生了明显的扭转．此外，用该方法计算的电荷分布和键长、键角、二面角等结构参数，都与从头算的结果有很好的一致性．

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.

应用ABEEM/MM模型研究水分子团簇(H_2O)_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.

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.

精密从头算与ABEEM/MM模型对水团簇(H_2O)_(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/mole cular 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.

应用ABEEM σπ模型研究含氮杂环化合物的电荷分布

应用在密度泛函理论和电负性均衡原理基础上发展的原子-键电负性均衡方法的σπ模型(即ABEEM σπ模型),并结合自编程序,对5种典型的含氮杂环化合物的电荷分布进行了计算.计算结果表明,所得的电荷分布可以和从头计算结果有非常好的一致性,进一步验证了ABEEM

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Abini-tio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.

ABEEM方法预测响应函数

在密度泛函理论和原子 -键电负性均衡模型基础上 ,定义了与化学键有关的响应函数以及化学键区域的 Fukui函数 ,建立了一套快速确定分子中各区域 (包括原子区域和化学键区域 )响应函数的新方法 .对大量分子的响应函数的计算结果表明 ,该方法得到的响应函数可以较好地预测分子中各点的反应活性 ,并更加快捷省时 ,展示了原子 -键电负性均衡模型的广阔应用前景 .

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.

应用ABEEM-σπ模型探讨Diels-Alder反应的立体选择性

Diels-Alder反应由于其良好的区位和立体选择性而成为合成化学的重要工具及理论研究的重要对象.本文利用ABEEMσ-π模型对一些亲双烯与环戊二烯的Diels-Alder反应的立体选择性进行了理论研究,通过计算双烯和亲双烯原子区域及π键区域的电荷分布和局域软度,应用局域硬软酸碱原理对其立体选择性做出了合理解释.这种方法计算简单,有一定的预见性.

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.

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.