金屬和金屬離子在自然界中無處不在,并且擁有龐大的化學(xué)多樣性。由于金屬具有低電負(fù)性,易于電離并且具有高度反應(yīng)活性,使得它們可以參與許多獨特的反應(yīng)或催化過程。金屬及其離子在化學(xué)、地球化學(xué)、生物化學(xué)以及材料科學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮著極其重要的作用。蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫（PDB）中大約三分之一的結(jié)構(gòu)含有金屬離子。在超分子化學(xué)中,各種各樣由金屬離子配位作用而形成的納米超分子是重要的分子容器。然而,在目前的經(jīng)典力學(xué)模擬手段中,金屬離子的參數(shù)化模型仍然存在很多問題,這嚴(yán)重制約了人們對由蛋白-輔因子主導(dǎo)的生物過程以及金屬配位誘導(dǎo)的超分子化學(xué)的理論研究。本論文結(jié)合數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)以及生物信息學(xué)的理論和方法,研究了以下問題:（1）如何用經(jīng)典力場較準(zhǔn)確地描述金屬輔因子與蛋白的相互作用;（2）如何正確描述金屬配位納米膠囊的自組裝以及客體封裝行為。本論文的工作為超分子化學(xué)的理論研究（建模與模擬）提供了新的方法和知識。論文的主要工作如下:1.Mg2+離子的虛擬原子（CaDA）模型參數(shù)的精煉。我們提出了一個簡單可靠的用于精煉CaDA模型范德華作用參數(shù)的算法,并用該算法成功優(yōu)化了前人提出的Mg2+CaDA模型的參數(shù)。在進行參數(shù)精煉的時... 

【文章來源】：北京化工大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：173 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 超分子體系概述
        1.1.1 生物大分子體系中的超分子
        1.1.2 分子容器
    1.2 分子模擬方法概述
        1.2.1 基于量子力學(xué)的模擬方法
        1.2.2 基于經(jīng)典力學(xué)的模擬方法
        1.2.3 溶劑模型
        1.2.4 周期性邊界條件與長程靜電作用
        1.2.5 自由能的模擬計算
    1.3 含金屬離子體系的計算機建模
        1.3.1 金屬離子的重要性
        1.3.2 計算機建模的重要性
        1.3.3 含金屬離子體系建模的困難與挑戰(zhàn)
        1.3.4 含金屬體系的量子力學(xué)建模
        1.3.5 含金屬體系的經(jīng)典力學(xué)建�！擎I模型
        1.3.6 含金屬體系的經(jīng)典力學(xué)建�！矁r連接模型
        1.3.7 含金屬體系的經(jīng)典力學(xué)建�！摂M原子模型
    1.4 論文思路和研究內(nèi)容
第二章 Mg~(2+)虛擬原子模型力場參數(shù)的精煉
    2.1 引言
    2.2 方法
        2.2.1 本研究中使用的力場
        2.2.2 本研究中使用的實驗值
        2.2.3 精煉力場參數(shù)的方法
        2.2.4 模擬參數(shù)及條件的設(shè)置
        2.2.5 水合自由能計算方法
    2.3 結(jié)果與討論
        2.3.1 參數(shù)精煉過程與結(jié)果
        2.3.2 參數(shù)的測試與比較
    2.4 小結(jié)
第三章 六配位二價金屬陽離子的虛擬原子模型力場參數(shù)開發(fā)
    3.1 引言
    3.2 方法
        3.2.1 本研究中使用的力場
        3.2.2 本研究中使用的實驗值
        3.2.3 分子模擬參數(shù)及條件的設(shè)置
        3.2.4 水合自由能計算方法
        3.2.5 CaDA模型參數(shù)開發(fā)
        3.2.6 模型參數(shù)的測試
        3.2.7 模型參數(shù)精煉
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 針對TIP3P水模型的CaDA參數(shù)開發(fā)
        3.3.2 針對SPC/E水模型的CaDA參數(shù)開發(fā)
        3.3.3 針對TIP4P-EW水模型的CaDA參數(shù)開發(fā)
        3.3.4 CaDA模型的改進
        3.3.5 CaDA參數(shù)精煉
        3.3.6 最終的二價六配位金屬離子的CaDA模型
    3.4 小結(jié)
第四章 虛擬原子模型力場參數(shù)的性能評價
    4.1 引言
    4.2 方法
        4.2.1 本研究中使用的力場
        4.2.2 水交換速率常數(shù)的計算
        4.2.3 激酶GSK3β的MD模擬
        4.2.4 谷胱甘肽合成酶GS的MD模擬
        4.2.5 GTP酶OsRac1的MD模擬
        4.2.6 E.coli乙二醛酶GlxI的MD模擬
        4.2.7 MD模擬參數(shù)設(shè)置
        4.2.8 模擬性能評價方法
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 水交換速率常數(shù)預(yù)測性能的評價
        4.3.2 激酶GSK3β體系的測試
        4.3.3 谷胱甘肽合成酶GS體系的測試
        4.3.4 GTP酶OsRac1體系的測試
        4.3.5 E.coli乙二醛酶GlxI金屬替代體系的測試
        4.3.6 討論
    4.4 小結(jié)
第五章 金屬配位納米膠囊M_2L_4自組裝的分子動力學(xué)模擬研究
    5.1 引言
    5.2 方法
        5.2.1 配體分子的力場參數(shù)
        5.2.2 汞離子的力場參數(shù)開發(fā)
        5.2.3 單組裝體體系的模擬方法
        5.2.4 多組裝體體系的模擬方法
        5.2.5 一般模擬方法及參數(shù)設(shè)置
        5.2.6 組裝體的識別及統(tǒng)計
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 汞離子力場參數(shù)開發(fā)
        5.3.2 M_2L_4納米膠囊超分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化
        5.3.3 單組裝體的自組裝
        5.3.4 多組裝體的自組裝
    5.4 小結(jié)
第六章 金屬配位納米膠囊M_2L_4客體封裝的分子動力學(xué)模擬研究
    6.1 引言
    6.2 方法
        6.2.1 富勒烯分子的力場參數(shù)
        6.2.2 單組裝體體系的模擬方法
        6.2.3 多組裝體體系的模擬方法
        6.2.4 一般模擬方法及參數(shù)設(shè)置
        6.2.5 客體結(jié)合自由能的計算
        6.2.6 組裝體的識別及統(tǒng)計
        6.2.7 客體封裝概率及選擇性的計算
    6.3 結(jié)果與討論
        6.3.1 單組裝體對富勒烯的封裝
        6.3.2 富勒烯客體分子競爭封裝的機理
        6.3.3 多組裝體對客體分子的封裝
    6.4 小結(jié)
第七章 結(jié)論
    7.1 結(jié)論
    7.2 創(chuàng)新點
問題與建議
參考文獻
致謝
研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
作者及導(dǎo)師簡介
附件



本文編號：3206824