血紅素與氧氣的結合與解離過程是重要的生命現(xiàn)象。在氧氣靠近的過程中,血紅素電荷極化效應明顯,且底物對血紅素自旋態(tài)影響顯著,使體系存在自旋交叉的現(xiàn)象。但是傳統(tǒng)力場的固定點電荷模型,不適合應用到血紅素體系中,且當前針對血紅素自旋交叉這一特點開發(fā)力場的工作較少。本課題組針對這一問題提出了多自旋態(tài)可變電荷力場的設想,這一設想的核心是能夠根據(jù)構型變化準確的預測各個自旋態(tài)的電荷,從而正確的描述由于構象變化導致的各組態(tài)的能量變化。近年來,在電荷預測中基于K-means聚類和隨機森林的方法逐漸受到重視并有成功應用。本論文的核心思想是將這些方法用于多自旋態(tài)可變電荷力場的開發(fā),測試這些方法在血紅素體系多自旋態(tài)電荷力場中的表現(xiàn)。論文的具體研究思路如下:首先,我們對血紅素模型體系和氧氣分子復合物進行了非絕熱動力學模擬,從軌跡中提取了近40000個血紅素模型結構,采用密度泛函方法計算得到體系在各個自旋態(tài)下的靜電勢電荷。然后,論文采用基于K-means聚類和隨機森林的方法進行電荷預測測試。針對每種測試方法,我們都構建了兩個數(shù)據(jù)集。一是未進行幾何構型優(yōu)化,體系處于能量較高的狀態(tài);二是進行幾何構型優(yōu)化,體系處于局域能量... 

【文章來源】：華中農(nóng)業(yè)大學湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

O2與血紅素結合的勢能面（左圖）以及O2基態(tài)（三重態(tài)）分子軌道占據(jù)（右圖）的示意圖（Duetal2018）

1.1 O2與血紅素結合的勢能面（左圖）以及 O2基態(tài)（三重態(tài)）分子軌道占據(jù)（右圖）的意圖（Du et al 2018）Fig.1.1 The O2binding potential energy surface (PES) with heme group (On the left) and themolecular orbital occupancy of O2ground state(triplet state)(On the right)(Du et al 2018)

vitt and Lifson 1969）： ( ) = ( ) + ( ) + ( ) + ( ) + ( ) + （1其中 是體系的勢能函數(shù)， 是體系中所有原子的坐標。 ， 和 分別是分子中的鍵長（或共價鍵）、鍵角彎曲、二面角扭轉(zhuǎn)和的二面角彎曲。非鍵項 和 分別描述的是靜電力和范德華力，是沒有價鍵和鍵角直接連接的原子之間的相互作用。圖 1.3 顯示了經(jīng)典固定電荷力項的示意圖（Riniker and Modeling 2018）。盡管極化效應很重要，但從以往來，由于計算成本高以及極化力場的參數(shù)復雜，極化在固定點電荷力場中沒確表示，是通過建立局部電荷平均力場的極化作為有效的參數(shù)，所以經(jīng)典力子的電荷是固定的。


本文編號：3308116