原子-键电负性均衡融合进分子力场—应用于烷烃和多肽构象的研究

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1、原子．键电负性均衡融合进分予力场一应用于烷烃和多肽构象的研究愿子一键电负性均衡方法融合进分子力场一应用于烧烃秘多肽构蒙的研究关键词：琢予～键电受往均衡方法，力场，烷烃，多款，构象摘要动力学模羧方法已缀藏势探索生物体系蔑律和零质静一释爨癸静工其，莛模拟的结果很大程度上取决于所采用的分子力场的优劣。目前广泛使用的力场都存在着～个主要的缺陷，在模拟中忽略了体系中静电极化和电子转移。另外，嶷该銮羹入豫学键、孤对魄子等电蔫嚣域，寒更热壤确弱计算羚毫势麓，露不怒只采用原予净电荷。因此许多科学家程不断努力探索和发展新的分子力场，来有效合理的计算体系随环境变化而引越的静电极化。已经被广泛应用来处理嚣电极化方法

2、丈体分为：诱导偶极模塑、浮动电磁模登、诱导锅极与浮动惫懿葙结合懿方法稳Drude搂型。诱导髑辍模墅已经羧应用到了水体系、分子纯溶液界面和离子通过水和有机界面的自由能计算。Drude模型也应用到了液态水和离子的水溶液体系中。但是极化力场对生物大分子豹研究仍

3、瓣还不够深入。根据密度泛函理论觏电负性均衡原理建立起来的浮动电荷模鍪，能够克服固定电荷力场的局限性，井在许多领域取得了满意的结果，尤其是对蛋白质体系的模拟。Rick等人首先利用浮动电穗模型对单肽小分子的水溶液进行了模拟，褥餮了与实验耀符匏戆爨察结梅。Banks等久翻瘸线往确应方法缮翔浮蘑电蕊静电势模型参数，结合OPLS-AA固定电荷力场的其它

4、力场函数和参数计算得到的多体能与从头计算结果很接近，并建立了第一个应用于多肽体系的极化力场。Stern等人农越基础上发鼹了诱导偶极与浮动电萄秘缝合豹力场，该模型通过投合从头计爨静电势方法在乡}势作露下盼原子净电蘅响应数据，褥弼原子电负能参数，准确的重复了从汰计算的丙氨酸、丝氨酸和笨丙氨酸残熬=肽的构象熊和结构。近来，Patel等人在Rick的浮动电荷静电势模型的基础上，利用Banks移Stern翁线淫旗瘟方法，在模鍪分子瘸霾茏茭楚在氢键鞭离藏誊模援承分子的偶极，通过密度泛函静电势电荷响威得到原子电负性和硬度参数，从而建立了CHARMM浮幼电荷力场，并对单肽小分子的水溶液和六种小蛋白质进行了分子

5、动力学模叛。原子-键电负性均衡融合进分子力场一应用于烷烃和多肽构象的研究尽管近10年来，应用于蛋白质体系的极化力场得到了加速的发展，然而，发展既能够准确的计算静电极化影响又能节省计算时间的模型是必然的趋势。对于诱导偶极模型，计算时间与偶极点的数目的9倍成正比，而对于浮动电荷模型，仅与浮动电荷位点的数目的平方成正比。诱导偶极模型不能体现体系电荷转移的影响，而浮动电荷模型不仅包括偶极项，而且含有所有级次的极矩。因此，采用浮动电荷模型计算大分子体系是比较现实的选择。另外，有必要在现有的浮动电荷模型中加入其他的位点，如孤对电子和丌电子位点以更好的反映非共面和分彷氢键的极化。依据电负性均衡原理，由杨等人

6、建立的原子一键电负性均衡方法，用以计算有机大分子和生物分子的电荷分布，近年来引人关注。在该模型中浮动电荷的位点包括原子、化学键、孤对电子和万电子区域，并能够准确的描述分子在环境变化时的静电极化。该模型符合极化力场的发展要求，我们据此建立了应用于模拟蛋白质体系的浮动电荷力场(原子一键电负性均衡方法与力场相结合模型)。本论文的主要内容如下：(1)应用于蛋白质体系的原子一键电负性均衡方法与力场相结合的浮动电荷模型(ABEEM／删)一模型的建立和参数化在ABEEM／埘模型下，体系的总能量E。。／。等于以下方程右侧各项能量元的和：E。胧脚=∑E6+∑Ed+∑E≯+∑(Em+E。)bonds删eslor$

7、ioDI'tOn—bondedE6。d，E删。，E。。。，E。表示键伸缩、键角弯曲、二面角扭转和非键势能项。非键势能项由库仑势和范德华势能项组成。在库仑项中的电荷吼通过原子一键电负性均衡方法计算得到，ABEEM一1模型包括的原子和化学键浮动电荷位点，ABEEM-2模型在此基础上还包括孤对电子和石电子区域。我们采用了协调一致的方案，把ABEEM方法融入力场来计算以上方程静电势反l。。我们通过拟合氢键函数b．6删俾。一，合理的描述在多肽体系中氢键的相互作用，从总体的优化矫正系数k分离出来，惫限6。犯。∥是形成氢键的氢原子和其受体之间距离的函数。利用ABEEM方法计算体系电荷，再利用以上方程计算模型

8、下的总能量，当体系中II原子．键电负性均衡融合进分子力场一应用于烷烃和多肽构象的研究的某一化学键、键角或者分子的位置发生变化，便重复以上过程，重新计算电荷和总能量。我们直接利用OPLS—AA固定电荷力场的键伸缩和键角弯曲的硬自由度势能参数，通过拟合从头计算方法下的分子构象能和结构、二聚体结合能、分子的偶极矩、OPLS—AA／L力场的固定电荷，以及模型分子的液态性质和结构，得到ABEEM和范德华势能