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三磷酸腺苷(ATP adenosine triphosphate)是生物体内最直接的能量来源,其通过水解反应释放能量促使生物体内发生一系列生化反应,是细胞新陈代谢的最基本的能量载体。其水解反应的研究在生命科学中有重要的意义。近年来,ATP在水溶液中的反应机理的研究取得了一定的进展,然而,由于计算方法的限制,对于其反应路径的探索仍然不甚明了。针对这一问题本文在ATP水解反应路径及自由能活化能垒研究方面进行了一些探索。本论文主要内容分为如下几个部分：第一部分介绍了本论文使用的基本理论,主要有Hartree-Fock理论,密度泛函理论(DFT), QMMM方法,基组的选择等。第二部分描述了本论文使用的主要计算方法,主要有生物大分子自由能计算方法,NEB方法等。第三部分研究ATP在水溶液中的反应机制,并计算其反应能垒。ATP是由腺嘌吟、核糖和3个磷酸基团连接而成,其水解主要是末端的高能磷酸键断裂,根据以往的研究成果,腺嘌呤和核糖部分对反应的影响可以忽略不计,又由于DFT计算在量子原子数较多时计算量很大,故在计算的过程中为了简化计算,可以将ATP分成两个部分,将末端的3个磷酸基团视为QM部分,将腺嘌呤和核糖视为MM的部分。对于反应路径的寻找,采用的是Nudged Elastic Band方法。总自由能计算分为两部分,一部分是量子部分的能量,另一部分是溶剂化自由能。以往的研究将ATP水解归纳为两种机制,一种是离解反应(dissociative reaction),一种是联合反应(associative reaction)。本文在探索反应路径时,并未事先确定反应机制,而是由反应物和产物结构,用NEB方法在反应物和产物之间插入一系列中间点并优化,找到最小能量路径(Minimum Energy Path, MEP),从而对ATP水解的反应机制做出合理解释。第四部分：总结与展望。主要总结本论文已经完成的工作,以及展望下一步需要进一步提高和完善的工作。