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基于键偶极模型的多肽-水体系多体极化作用强度高效计算新方法
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作者 祝佳怡 姜笑楠 +2 位作者 郑笑函 郝强 王长生 《高等学校化学学报》 北大核心 2025年第4期60-69,共10页
为解决传统非极化力场无法准确描述三体及更高阶多体作用的问题,并精确模拟液态水环境下蛋白质的结构和功能,提出了一种可以快速准确计算多肽-水体系中的多体极化作用强度的新方法.该方法将多肽分子中的N—H和C=O极性化学键及水分子的O... 为解决传统非极化力场无法准确描述三体及更高阶多体作用的问题,并精确模拟液态水环境下蛋白质的结构和功能,提出了一种可以快速准确计算多肽-水体系中的多体极化作用强度的新方法.该方法将多肽分子中的N—H和C=O极性化学键及水分子的O—H键视为键偶极,周围环境对化学键的极化作用使得该化学键上产生了诱导键偶极,使用键偶极之间的相互作用来描述体系中的多体极化作用.通过拟合模型体系中三体作用能随分子间距离变化的势能曲线确定所需参数.将该方法应用于多肽-水体系中的三体作用强度计算,并与高精度的MP2方法和AMOEBABIO18可极化力场方法进行了系统比较.结果表明,本文方法计算的6个多肽水团簇(共包含92290个三体作用)的总三体作用强度与MP2方法的计算结果具有极高的线性相关性(线性相关系数为0.9965,均方根误差为7.29 kJ/mol),准确度略优于AMOEBABIO18可极化力场方法(其与MP2方法的线性相关系数为0.9950,均方根误差为10.74 kJ/mol).此外,本文方法的计算效率与AMOEBABIO18可极化力场方法相比也有显著提高,在涉及超过20000次三体相互作用的模拟中,计算时间缩短了约50%.本文提出的高效方法为大规模蛋白质-水体系的多体作用模拟提供了新思路,在相关领域中具有重要应用潜力. 展开更多
关键词 多体化作用 化学键偶极 诱导键 多肽-水体系 三体作用能
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发展可极化键偶极模型快速预测环肽分子构象稳定性
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作者 郑笑函 祝佳怡 +2 位作者 李晓蕾 郝强 王长生 《高等学校化学学报》 2025年第10期64-75,共12页
环肽分子具有独特的结构稳定性、多样的生物活性和良好的靶向性,是药物研发的重要先导化合物.快速准确预测环肽构象稳定性,不仅有助于揭示蛋白质错误折叠的分子机制,还可为靶点识别与干预提供理论依据,对理性设计结构稳定、活性优良的... 环肽分子具有独特的结构稳定性、多样的生物活性和良好的靶向性,是药物研发的重要先导化合物.快速准确预测环肽构象稳定性,不仅有助于揭示蛋白质错误折叠的分子机制,还可为靶点识别与干预提供理论依据,对理性设计结构稳定、活性优良的环肽类药物具有重要意义.本文将环肽分子中主链上C=O,N—H,C^(α)—H化学键和侧链上C—O,O—H化学键视为键偶极,使用固有偶极-固有偶极作用描述体系中的静电作用,使用固有偶极-诱导偶极作用以及诱导偶极-诱导偶极作用描述极化作用,并引入键长、键角和二面角作用项描述成键作用,从而将可极化偶极-偶极作用模型发展为可预测环肽分子不同构象相对稳定性的分子力场势函数.将所得势函数应用于数据库中9个环肽分子共计33个不同构象,快速计算其构象能,并与高精度DLPNO-MP2/aug-cc-pVTZ方法和可极化分子力场AMOEBA方法计算所得构象能进行比较.结果表明,相对于DLPNO-MP2/aug-cc-pVTZ方法的环肽分子构象能,本文方法的线性相关系数R^(2)=0.9784,均方根偏差RMSE=13.43 kJ/mol,略优于AMOEBA方法(R^(2)=0.9682,RMSE=16.28 kJ/mol).对环肽分子的结构优化和频率计算结果进一步表明了本文方法的合理性.相较于AMOEBA可极化分子力场方法,本文方法显著降低了静电作用项数. 展开更多
关键词 环肽 构象能 化学键偶极 诱导键 化势函数
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醇及脱氧核糖与水分子间三体作用强度的快速准确计算 被引量:1
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作者 李晓蕾 孙云娇 +1 位作者 唐颖 王长生 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期3664-3671,共8页
快速准确预测醇及脱氧核糖分子与水形成的氢键复合物的三体作用强度,对准确模拟水环境下蛋白质和DNA的结构和功能至关重要.基于对多体极化作用的理解,在可极化偶极-偶极作用模型(PBFF)基础上,将体系中的极性化学键视为化学键偶极,通过... 快速准确预测醇及脱氧核糖分子与水形成的氢键复合物的三体作用强度,对准确模拟水环境下蛋白质和DNA的结构和功能至关重要.基于对多体极化作用的理解,在可极化偶极-偶极作用模型(PBFF)基础上,将体系中的极性化学键视为化学键偶极,通过模拟键偶极的极化计算了醇及脱氧核糖与水分子形成的氢键复合物的三体作用能.通过拟合甲醇与水氢键复合物的三体作用能随分子间距离变化的能量曲线确定了所需的参数.将模型和所确定的参数应用于计算更多的甲醇、乙醇及脱氧核糖与水氢键复合物的三体作用能,检验了模型的准确性和参数的可转移性.计算结果表明,可极化偶极-偶极作用模型及所确定的参数能够较好地预测具有不同结构的氢键复合物的三体作用强度,其精度可与MP2方法的计算精度相当. 展开更多
关键词 氢键复合物 三体作用 化学键偶极 化作用 -作用模型
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