Na+、K+与水分子、氨基酸有及二肽的相互作用的理论研究

摘要

碱金属离子Na+和K+是自然界中含量最丰富的金属离子，它们在多种生命过程和化学过程中起到至关重要的作用，Na+和K+与多肽和蛋白质的相互作用促进了许多生命过程完成，因此Na+/K+与一些简单模型体系的相互作用受到了科学界的广泛关注，尤其是它们与水分子、氨基酸和一些简单肽分子的相互作用。本文应用量子化学方法和原子-键电负性均衡方法(ABEEM/MM)对Na+(H2O)n和K+(H2O)n（n=1～6）体系以及Na+、K+与水、丝氨酸、苏氨酸以及六种二肽分子（甘氨酸二肽，半胱氨酸二肽，亮氨酸二肽，苏氨酸二肽，酪氨酸二肽和缬氨酸二肽）的相互作用的体系进行理论研究。
　　首先选取Na+(H2O)n和K+(H2 O)n(n=1～6)体系作为研究对象，采用MP2/6-31++G(d，p)方法进行几何构型的优化及频率的计算;进而在MP2/6-311++G(2d，2p)水平下考虑基组重叠误差(BSSE)，对优化得到的稳定结构进行了能量计算。在ABEEM/MM模型下，以从头算HF/STO-3G所计算的体系电荷为基准，重新拟合确定了Na+和K+的ABEEM/MM参数，并且构建了精确描述碱金属离子Na+/K+与水分子相互作用的势能函数，利用该函数计算了Na+(H2O)n和K+(H2O)n(n=1～6)体系的结构和能量。与上述量子化学方法计算结果相比，在结构方面，Na+、K+与内水合层中水分的氧原子的平均距离RM-O的平均绝对偏差分别0.042(A)和0.057(A)，内水合层中水分子的氢氧键的平均距离RO-H的平均绝对偏差分别0.001(A)和0.003(A);在能量方面，所计算的连续结合能的平均绝对偏差分别为0.373kcal/mol和0.052 kcal/mol。将上述体系下的Na+和K+的ABEEM/MM参数用于研究Na+、K+与丝氨酸、苏氨酸以及六种二肽分子的相互作用的体系中，进一步构建用于Na+、K+与六种二肽分子各个体系的ABEEM/MM势能函数，计算了各个模型体系的电荷分布和总的结合能，其结果与量子化学计算结果相一致。

目录

声明

摘要

1 引言

2 理论基础

2．1 量子化学方法

2．2 电负性均衡方法

2．3 分子力学

2．4 离子溶剂化

3 水合碱金属离子Na+(H2O)n和K+(H2O)n(n=1～6)体系的理论研究

3．1 理论方法

3．2 ABEEM／MM模型参数及确定方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 水合碱金属离子Na+(H2O)n和K+(H2O)n(n=1～6)体系的几何构型

3．3．2 Na+(H2O)n和K+(H2O)n(n=1～6)体系的结合能

3．3．3 Na+(H2O)n和K+(H2O)n(n=1～6)体系的电荷分布与结合能

3．3．4 ABEEM／MM计算Na+(H2O)n和K+(H2O)n(n=1～6)体系的电荷

3．3．5 Na+(H2O)N和K+(H2O)n(n=1～6)体系的结构性质

3．4 小结

4 Na+、K+与氨基酸、二肽分子相互作用的初步研究

4．1 蛋白质简介

4．2 Na+、K+与氨基酸相互作用的理论研究

4．2．1 模型体系的选择和计算方法

4．2．2 模型体系的电荷分布

4．3 Na+、K+与二肽分子相互作用的理论研究

4．3．1 模型体系的选择及计算方法

4．3．2 模型体系的ABEEM／MM电荷

4．3．3 模型体系的结合能

4．4 Na+、K+与二肽分子、水分子相互作用的理论研究

4．4．1 模型体系的选择及计算方法

4．4．2 模型体系的电荷分布

4．4．3 模型体系的结合能

4．5 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢