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河北工业大学学报 2014年第4期43卷 84-88页

作者：陈静潘章纪青唐山学院基础部河北唐山063000 河北工业大学理学院天津300401

在统计水体系的氢键特征时,应用氢键的能量判别标准与几何判别标准存在着明显的差别.为了研究这一问题,应用从头分子动力学软件CPMD对水二聚体在不同构象下的相互作用能量进行了系统计算.计算结果表明当两个水分子的氢原子间距离H…H<2.... 详细信息

在统计水体系的氢键特征时,应用氢键的能量判别标准与几何判别标准存在着明显的差别.为了研究这一问题,应用从头分子动力学软件CPMD对水二聚体在不同构象下的相互作用能量进行了系统计算.计算结果表明当两个水分子的氢原子间距离H…H分子间的相互作用能由于排斥作用而显著增加.此时,虽然一些水分子对满足氢键的几何判据但两者间的相互作用能已经超出了氢键结合能判据的标准.因此本文建议在传统的氢键几何判别标准的基础上增加水分子间氢原子距离判据H…H,以及受体氧原子与供体氢原子间距离判据O…H.这样可以有效的减少几何判别方法在统计水体系的氢键时产生的统计偏差,同时也可以使氢键的几何标准与结合能标准尽可能相一致.

关键词：氢键从头分子动力学水二聚体相互作用能

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液态水分子间氢键相互作用的从头分子动力学研究

液态水分子间氢键相互作用的从头分子动力学研究

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作者：张秀欣河北工业大学

学位级别：硕士

水是大自然赋予我们的宝贵资源,也是人类赖以生存的必要条件。它在化学、生物过程中起着关键的作用,表现出一些特殊的性质,值得我们进行深入研究。对水的结构和性质有一透彻的了解是非常必要的。水分子具有特殊性质是由于水中能够形成... 详细信息

水是大自然赋予我们的宝贵资源,也是人类赖以生存的必要条件。它在化学、生物过程中起着关键的作用,表现出一些特殊的性质,值得我们进行深入研究。对水的结构和性质有一透彻的了解是非常必要的。水分子具有特殊性质是由于水中能够形成氢键网络。这种氢键网络并不是固定的,每一个水分子中氢键的数目和氢键的强度都在不断的变化。虽然水的特殊性质来自于水中的氢键这一观点已经被广泛的接受,液态水的基本动力学过程是氢键的不断形成和断裂。但是,到目前为止,水的这种动力学过程并没有完全的被人类所揭示!一些实验方法:红外吸收、拉曼散射、去极化光的散射、无弹性的中子散射等可以间接的研究氢键动力学,但只能给出定性的结果。每个水分子在飞秒( fs)时间内进行着快速的重新定位运动,使的实验技术在研究液态水的结构上显得无能为力。在这种情况下,发展了计算机模拟方法,它可以描述每一个水分子的结构和动力学性质。当前,Car-Parrinello动力学方法(CPMD)是一种主要的基于第一原理的从头分子动力学方法。在本文中,我们用CPMD对液态水体系进行计算机模拟。研究与氢键有关的液态水的性质。通过对液态水分子体系模拟结果的统计分析,得到了径向分布函数、取向分布函数、成键度和氢键寿命等。从这些数据中得到以下结论:1.在液态水分子中,大部分水分子和四个第一壳层的水分子通过氢键相互作用以二聚体的形式形成四面体结构;2.液态水分子的成键度随温度的升高而降低;3.液态水中氢键成键寿命为(200～100) fs,氢键断键寿命在100 fs以下。通过研究我们还知道温度是影响氢键的主要因素,温度的升高增强了水分子热运动,从而加快了氢键结构的松驰过程。通过对水分子体系的研究分析我们得到一些定量结果。使我们对水分子体系的微观性质有了更为深刻的认识。

关键词：径向分布函数取向分布函数氢键成键度氢键寿命密度泛函理论从头分子动力学 Car-Parrinello Molecular Dynamics

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分子动力学与从头分子动力学对分子马达kinesin催化核心的研究

分子动力学与从头分子动力学对分子马达kinesin催化核心的研究

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作者：张博河北工业大学

学位级别：硕士

生命在于运动,生命世界大多数形式的运动是通过很小的蛋白机器来驱动,这种机器称为分子马达。这些分子马达沿着细胞质中运动轨道,转运广泛的物质,驱动细胞的移动,促使细胞的分裂,分子马达的缺陷可以引起严重的疾病甚至导致个体死亡。分... 详细信息

生命在于运动,生命世界大多数形式的运动是通过很小的蛋白机器来驱动,这种机器称为分子马达。这些分子马达沿着细胞质中运动轨道,转运广泛的物质,驱动细胞的移动,促使细胞的分裂,分子马达的缺陷可以引起严重的疾病甚至导致个体死亡。分子马达中的kinesin(驱动蛋白)以ATP为能量来源,沿着微管运动。虽然对kinesin的功能已经进行了大量的实验研究,但是人们现在依然不清楚kinesin是如何水解ATP,并将水解过程中ATP所释放的化学能转化为机械能。对这些问题的研究,是当前生命科学领域最前沿的课题之一。在过去20年中,计算化学和生命科学领域发展迅速,彼此之间的紧密结合,形成了新的交叉学科-计算分子生物学。计算分子生物学已广泛应用于生命科学的各个领域,并在蛋白质折叠、蛋白质三维结构预测等方面取得了突破性进展。在计算分子生物学的方法中,分子动力学方法在生物大分子体系的研究中得到了广泛的应用;Car-Parrinello动力学(CPMD)是近20年发展起来的一种从头分子动力学方法,它结合了密度泛函理论和经典的分子动力学方法。本论文以分子马达kinesin马达结构域的蛋白结晶结构为基础,运用分子动力学、从头分子动力学两类不同的分子模拟方法,对分子马达kinesin的催化核心进行了研究。在分子马达的催化核心中,ATP水解产生的磷酸基团的释放是分子马达整个化学-力学转换过程的限速步骤。因此,我们需要了解磷酸基团的释放路径以及它与分子马达的催化核心是如何相互作用的。在本论文中,我们运用分子动力学方法来模拟磷酸基团从分子马达kinesin催化核心的释放过程,研究发现磷酸基团的释放与分子马达的“后门”密切相关;伴随着磷酸基团的释放,kinesin中的超二级结构loop11-α4-loop12的构象发生了显著变化。根据模拟过程给出的动态信息,我们推测出一个γ-磷酸基团的释放机制。当前,CPMD是最重要的一种基于第一原理的动力学方法。通过艰苦的学习,我们现在已经能够使用这种方法,用它来研究复杂的化学反应系统的化学与物理行为。这里,我们使用了Car-Parrinello动力学方法,研究kinesin中ATP的水解机制。通过我们的研究,发现了在催化核心中三个关键的水分子,能够分别作用于ATP的γ-磷酸基团,推测它们可以通过“直接攻击”或者“协助攻击”的途径,实现了对催化核心中ATP的水解。

关键词：分子马达驱动蛋白催化核心分子动力学模拟密度泛函理论从头分子动力学 Car-Parrinello Molecular Dynamics

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水二聚体间相互作用的从头分子动力学研究

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唐山学院学报 2012年第3期25卷 10-12,23页

作者：陈静唐山学院基础教学部河北唐山063000

应用Car-Parrinello从头分子动力学(CPMD)及限定性动力学方法对水二聚体在300K时不同距离和角度的相互作用能进行了研究,计算结果表明:水二聚体在R=3.0,θ=170°附近形成的氢键结构最为稳定,其相互作用能量约为-18～-17kJ/mol。随着... 详细信息

应用Car-Parrinello从头分子动力学(CPMD)及限定性动力学方法对水二聚体在300K时不同距离和角度的相互作用能进行了研究,计算结果表明:水二聚体在R=3.0,θ=170°附近形成的氢键结构最为稳定,其相互作用能量约为-18～-17kJ/mol。随着氧氧间距离R的增加,角度θ对氢键能量的影响逐渐减小,当R>4.0时角度θ对氢键能量的影响已经很弱。

关键词：水二聚体从头分子动力学相互作用能

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水体系中K+与水分子之间成键的AIM动力学研究

水体系中K+与水分子之间成键的AIM动力学研究

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作者：刘懿中北大学

学位级别：硕士

水是大自然赋予我们的宝贵资源,也是人类赖以生存的必要条件。它在化学、生物过程中起着关键的作用,表现出一些特殊的性质,值得我们进行深入研究。对水的结构和性质有一透彻的了解是非常必要的。水分子具有特殊性质是由于水中能够形成氢键网络。这种氢键网络并不是固定的,每一个水分子中氢键的数目和氢键的强度都在不断的变化。虽然水的特殊性质来自于水中的氢键这一观点已经被广泛的接受,液态水的基本动力学过程是氢键的不断形成和断裂。但是,到目前为止,水的这种动力学过程并没有完全的被人类所揭示! 除此以外,水分子团簇与各种金属离子结合在生物与化学中起到很重要的作用。例如碱金属中的钾离子与水分子形成的K-HO团簇在生物体钾离子通道的选择中起到了重要的作用。本文主要介绍K与水分子之间的成键。当前,Car-Parrinello动力学方法(CPMD)是一种主要的基于第一原理的从头分子动力学方法。在本文中,我们用CPMD对液态水体系进行计算机模拟。研究水体系的性质。通过对液态水分子体系和水体系中K与水分子之间成键的模拟结果的统计分析,得到了以下结论: 1.水体中通过CCSD(T)/Aug-cc-pVTZ水平计算得到的氢键能量与用AIM原理得到的氢键临界点的电子密度呈线性关系,通过此关系可以计算出氢键能量。 2.经过统计分析CPMD模拟得到的数值可以知道:水体系中氢键的能量符合高斯分布。 3.考虑到超冷水体系(250 K)拥有一个非常协调的四面体几何结构,我们计算出常温下的水体系甚至超热水体的局部结构在一定程度上为扭曲的四面体结构。 4.钾离子与水中氧原子的径向分布函数表明:常温下的液态体系中,钾离子与第一水合层之间作用强烈,而在其它水合层则趋于和缓。 5.钾离子与一、二两个水合层中的水分子均发生作用。因为K-HO之间形成的较强的键,所以第一水合层中离子与水的结合在250K～350K时很稳定。 6.通过几何学标准得到的液态体系中钾离子与水中氧原子的平均配位数300K时为6.24,450K时为6.53,这与实验值(6.1)相一致。这个几何学标准同样适用于划分液态体系中氢键的强弱。通过对水体系的研究分析我们得到一些定量结果。使我们对水体系的微观性质有了更为深刻的认识。

关键词：径向分布函数密度泛函理论氢键水合作用配位数从头分子动力学 Car-Parrinello Molecular Dynamics

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水二聚体间电荷转移与分子轨道研究

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唐山学院学报 2014年第6期27卷 39-41页

作者：潘章唐山学院教务处河北唐山063000

水二聚体间氢键作用受电荷转移的影响,为了研究电荷转移程度与氧氧间距离的关系,文章应用从头分子动力学方法(CPMD)并结合限定性动力学方法对水二聚体在330(±20)K时不同距离的原子电荷分布和分子轨道进行了系统计算。计算结果表明,电... 详细信息

水二聚体间氢键作用受电荷转移的影响,为了研究电荷转移程度与氧氧间距离的关系,文章应用从头分子动力学方法(CPMD)并结合限定性动力学方法对水二聚体在330(±20)K时不同距离的原子电荷分布和分子轨道进行了系统计算。计算结果表明,电荷转移程度随着距离的增加而显著减弱。

关键词：水二聚体从头分子动力学分子轨道电荷转移

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