氨基酸和寡肽的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的理論研究.pdf

1、氨基酸和寡肽是重要的生物小分子體系，對它們的理論計算研究不僅可以幫助解釋對這些體系所開展的實驗研究的結(jié)果，還可以為人們更清楚地認(rèn)識和了解例如蛋白質(zhì)分子這樣大的生物分子體系奠定堅實的基礎(chǔ)。 本論文利用基于密度泛函和波函理論的計算方法詳細(xì)研究了典型的氨基酸和寡肽分子體系的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。研究涉及方法的發(fā)展，方法的測試和方法的應(yīng)用，其內(nèi)容涵蓋了氨基酸和寡肽理論計算研究領(lǐng)域的多個方面。 第1章中我們簡要介紹了用于研究分子體系的主

2、要計算方法的理論基礎(chǔ)，包括各種從頭計算方法，半經(jīng)驗方法和密度泛函方法。同時對用于描述諸如電荷和軌道等化學(xué)經(jīng)驗概念的理論方法進(jìn)行了闡述。最后對本論文研究所要用到的各種計算軟件包加以簡單說明。 第2章給出了氨基酸和寡肽分子體系理論計算領(lǐng)域的主要研究內(nèi)容和研究熱點，這包括氨基酸和寡肽分子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，電子性質(zhì)，內(nèi)部弱相互作用，質(zhì)子化和去質(zhì)子化過程，構(gòu)象轉(zhuǎn)換，金屬離子結(jié)合及溶液效應(yīng)等多方面的研究。這為本論文提供了研究方向上的指導(dǎo)。

3、 第3章中我們利用密度泛函方法系統(tǒng)尋找了纈氨酸分子的穩(wěn)定構(gòu)型，對前人的研究工作給出的纈氨酸分子的勢能面信息做了相關(guān)補(bǔ)充，同時利用計算出的構(gòu)型分布為以前的實驗工作提供了重要的溫度信息。利用分子中的原子理論，自然鍵軌道理論，幾何結(jié)構(gòu)判據(jù)和紅外譜線判據(jù)系統(tǒng)分析了纈氨酸穩(wěn)定構(gòu)型的分子內(nèi)氫鍵情況。在纈氨酸穩(wěn)定構(gòu)型中找到了常規(guī)氫鍵，藍(lán)移氫鍵和雙氫鍵這三種迄今為止所發(fā)現(xiàn)的各種氫鍵類型，它們的共存現(xiàn)象形象的說明了各種氫鍵的內(nèi)在統(tǒng)一機(jī)制。所發(fā)現(xiàn)的N-

4、H…H-C雙氫鍵拓寬了雙氫鍵的定義。 第4章中以高精度的耦合簇方法的計算結(jié)果為基準(zhǔn)，測試了五種密度泛函方法(BHandHLYP，MPWB1K，B3LYP，B3PW91和SVWN)和兩種波函方法(HF和MP2)對描述22種氨基酸體系的構(gòu)型相對能量，垂直電離能，質(zhì)子化和去質(zhì)子化能這四種能量性質(zhì)的能力。同時研究了各方法的計算結(jié)果對不同大小基組的收斂情況。研究給出了BHandHLYP泛函方法配合6-311++G(d，p)基組是最適合描

5、述含有分子內(nèi)氫鍵作用體系的計算水平，這為他人的研究工作提供了重要支持。 第5章中使用系統(tǒng)的構(gòu)型尋找方法全面的研究了13種有代表性的二肽分子的勢能面，并對所得到的穩(wěn)定構(gòu)型進(jìn)行了結(jié)構(gòu)特性的詳細(xì)分析。找到了二肽穩(wěn)定構(gòu)型和其組成氨基酸穩(wěn)定構(gòu)型間的密切聯(lián)系，這促使了一種基于氨基酸穩(wěn)定構(gòu)型來尋找二肽穩(wěn)定構(gòu)型的方法的提出。對該方法在他人研究過的二肽體系上所進(jìn)行的全面測試證明此方法不僅更高效，而且提供了更為完整的穩(wěn)定構(gòu)型集合從而使得理論和實驗

6、紅外光譜的一致性大大增強(qiáng)。 第6章中使用系統(tǒng)的構(gòu)型尋找方法全面的研究了5種有代表性的三肽分子的勢能面，并詳細(xì)分析了三肽構(gòu)型的結(jié)構(gòu)特點及其與二肽的差異。分析給出了三肽穩(wěn)定構(gòu)型和相應(yīng)的二肽及氨基酸穩(wěn)定構(gòu)型間的密切聯(lián)系，基于二肽構(gòu)型的尋找方法，發(fā)展了一種使用二肽和氨基酸穩(wěn)定構(gòu)型來高效尋找三肽穩(wěn)定構(gòu)型的方法。對該方法在前人研究過的三肽體系上所進(jìn)行的全面測試證明此方法不僅更高效而且更準(zhǔn)確。同時我們利用基因遺傳算法的概念對該方法進(jìn)行了拓展