【摘 要】
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准确描述分子内和分子间相互作用是分子动力学模拟的基础。分子体系势能面描述的准确程度也决定了分子模拟计算结果的可靠性。国内外已经提出诸多针对于生物分子、有机小分子的分子力场模型。前期发展的基于化学键偶极的可极化偶极-偶极作用模型已成功应用于多肽-多肽、多肽-碱基、碱基-碱基和水-水等二聚体的平衡结构和相互作用能的计算中。然而与其他常用分子力场方法一样,该模型也存在着对非平衡构型的相互作用模拟精度不高
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准确描述分子内和分子间相互作用是分子动力学模拟的基础。分子体系势能面描述的准确程度也决定了分子模拟计算结果的可靠性。国内外已经提出诸多针对于生物分子、有机小分子的分子力场模型。前期发展的基于化学键偶极的可极化偶极-偶极作用模型已成功应用于多肽-多肽、多肽-碱基、碱基-碱基和水-水等二聚体的平衡结构和相互作用能的计算中。然而与其他常用分子力场方法一样,该模型也存在着对非平衡构型的相互作用模拟精度不高等问题。本文首先基于可极化偶极-偶极作用模型,选取由水、甲胺、甲醇、多肽和吡啶分子为基本单元构成的14个单氢键复合物体系为研究对象,通过改变氢键键长和键角构建了一个包含456个不同构型的氢键复合物数据库并在此基础上对力场参数重新进行了优化。另外,本文也以水分子为研究对象,初步尝试对分子内作用项参数的拟合工作。构建由13个含N-H···O(sp~3)、O-H···N(sp~3)和O-H···N(sp~2)型氢键的稳定结构和24个含O-H···O(sp~2)、O-H···O(sp~3)和O-H···N(sp~2)型氢键的非稳定结构组成的测试集。将本文重新优化的分子间相互作用项参数应用于测试集,结果表明:以CCSD(T)/CBS计算结果为基准,利用本文确定的参数可以准确预测出这些测试体系的分子间相互作用能,其计算精度与M06-2X/cc-p VTZ和MP2/cc-p VTZ等方法相当。进一步应用到生物大分子体系稳定结构相互作用能的预测中,结果表明,使用本文发展的可极化分子力场方法得到的计算结果明显优于AMBER99SB和AMOEBAPRO13力场方法得到的结果。将本文确定的水分子的分子内势能函数和相应力场参数运用到50个动力学模拟过程中随机生成的水分子团簇体系的能量计算中,结果表明:使用本文方法计算得到的相对能量与高精度的从头算方法结果符合较好,明显优于AMBER99SB、OPLS-AA和AMOEBAPRO13等力场方法得到的结果。在计算效率方面,本文更新的可极化分子力场方法计算效率高于AMOEBA力场和AMBER力场方法。综上所述,使用本文重新优化的参数不仅可以快速准确地计算氢键体系平衡结构的相互作用能,对于非平衡结构的相互作用能的计算精度也有很大的提高,对于氢键体系势能面的描述更加精确,为后续PBFF方法的进一步发展打下了良好的基础。
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