2021年度原子键电负性均衡方法及其浮动电荷力场模型应用于金属蛋白的研究.docx

原子一键电负性均衡方法及其浮动电荷力场模型一一应用于金属蛋白研究
Mg、 Ca、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Zn等十种金属元素和配体原子 ABEEM参数．利用拟合ABEEM参数, 计算金属蛋白(金属酶)中活性 中心原子、 化学键、 孤对电子等区域ABEEM电荷和密度泛函(B3L’忡／6．3lG‘) 方法计算电荷比较, 线性相关系数在O．98以上, 很好反复了从头算计算结 果, 验证了ABEEM参数合理性．其中金属蛋白中铁卟啉ABEEM参数拟 合为血红素ABEEM／MM浮动电荷力场势能参数提供了参考．
第二章, 应用原子．键电负性均衡方法计算了超氧化物歧化酶电荷分布和 Fukui函数, 研究了它们活性中心部位．原子．键电负性均衡方法, 不仅能快速 计算金属生物分子电荷分布, 而且还能够经过该方法快速计算分子中原子、 化 学键和孤对电子等各个部分Fukui函数．利用第一章拟合ABEEM参数, 应用原子．键电负性均衡方法计算了MnSOD、 FeSOD、 CuZnSOD等三种超氧化 物歧化酶电荷分布和Fukui函数．当超氧化物歧化酶活性中心和超氧阴离子自 由基作用时, 金属离子电荷转移在0．1 e一0．3 e之间, 而配体原子等电荷转移却 很小; 同时金属离子Fukui函数大于配位原子Fukui函数．超氧化物歧化酶 活性中心和抑制剂作用失活后, 金属离子Fukui函数小于抑制剂中配位原子 Fukui函数．电荷转移和Fukui函数表明, Mn、 Fe和Cu离子分别是含锰、 含铁 和含铜锌超氧化物歧化酶活性中心部位, 该估计不仅和量子化学理论计算一 致, 而且和试验现象相吻合．超氧化物歧化酶活性部位原子．键电负性均衡方 法研究, 有利于深入了解超氧化物歧化酶催化反应机理, 同时也为超氧化物歧 化酶分子设计提供新思绪和方法．采取一样方法对血红素和小分子结合活 性研究, 解释了血红素和一氧化碳或一氧化氮结合后不能和氧水等分子结合 原因: 估计血红素和抑制剂作用后, 过氧化氢酶失活和试验结果一致．可见采 用原子一键电负性均衡方法能够估计更多金属酶(金属蛋白)反应活性．
第三章, 把原子．键电负性均衡方法和分子力场相结合, 建立了血红素 ABEEM／MM力场势能函数, 并模拟了细胞色素c'552晶体结构．血红素在血红 素蛋白中占相关键地位, 建立含有血红素在内蛋白质极化力场模型将更有利于 血红素蛋白研究．在第一章获取金属离子和配体原子ABEEM参数基础 上, 经过量子化学计算和蛋白质晶体结构数据库中晶体结构建立了血红素 ABEEM／MM浮动电荷力场势能函数．在含有血红素蛋白质极化力场模型中, 血红素势能函数由键伸缩能、 键角弯曲能、 二面角扭转势能、 静电库仑势能和 Lennard．Jones势能项等部分组成, 具体表示以下:
原子一键电负性均衡方法及其浮动电荷力场模型一一应用于金属蛋白研究
E√删, 枷=∑kb(r一～)2+∑ko(口一O,q)2+∑每【1+cos(行砂一r)l+
∑‰(半)】+∑{4厶占F【(挚)12一(》6】)
其中屯和k口、 , 和秒、 嘞和气分别表示键伸缩和键角弯曲势能力常数、 实际
键长和键角值、 平衡键长和平衡键角值; gn／2表示二面角扭转势能项展开力 常数, 圣、 刀、 7分别为实际二面角实际值、 周期值和相角．其中库仑静电势能项 中缈和q／是经过原子一键电负性均衡方法(ABEEM)得到, Lennard．Jones 势能项中原子对i矛1]j势能参数等于两个原子势能参数几何平均．经过蛋白质 晶体结构数据库中晶体结构比较和量子化学计算, 拟合了血红素ABEEM／MM 浮动电荷力场参数．利用拟合参数, 不仅模拟了血红素结构, 计算了构象能, 而且经过细胞色素C552氧化态和还原态晶体结构分子动力学模拟, 证实了血 红素ABEEM／MM力场参数是合理．血红素极化力场建立有利于了解和认 识血红素在血红素蛋白中作用和功效．
第四章, 应用ABEEM／MM浮动电荷力场对微过氧化物酶水溶液进行了分 子动力学模拟．微过氧化物酶是很多过氧化物酶、 细胞色素等血红素蛋白模拟 模型分子．利用第三章建立血红素ABEEM／MM力场参数, 在一个大气压和 298．1 5K下, 应用ABEEM／MM浮动电荷力场模型采取周期性边界条件, 对微过 氧化物酶水溶液进行了分子动力学模拟．模拟研究了水溶液中氨基酸骨架结 构、 氨基酸柔性和血红素构象等．模拟表明, 水溶液中亲水性残基表现出 很强柔性, 这关键在于氨基酸中极性原子和水分子形成了强氢键缘故; 同时, 氨基酸中极性原子和水分子形成氢键对氨基酸残基间分子间氢键也带来一 定