《水溶液中芳香型胺基酸結構與性質的從頭計算研究》是依託中國科學技術大學，由林子敬擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：水溶液中芳香型胺基酸結構與性質的從頭計算研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：林子敬
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目主要含兩方面的研究內容：一是通過溶質-水超分子模型和超分子-連續介質溶液模型並結合QM/MM方法，利用密度泛函理論和MP2方法系統研究芳香型胺基酸分子與水結合及在水溶液中的結構，深入細緻地理解水溶液如何使胺基酸分子由氣相的中性結構過渡到水溶液中的雙電性結構的微觀機制，給出溶液中芳香型胺基酸的穩定構型及其熱力學平衡分布，並分析其分子內及與水分子間的氫鍵相互作用；二是利用定態及含時密度泛函理論計算芳香型胺基酸在溶液中的不同物理化學性質如電離能、電子親和勢、質子化/去質子化能、紅外振動光譜、紫外吸收光譜和單/雙光子圓二色譜等，並通過與其氣相中的性質做比較，分析溶液對芳香型胺基酸性質的影響及其機制。該研究對於揭示溶液對生物分子的結構與性質影響的物理機制，對生物分子的化學物理性質研究，有著重要意義。
結題摘要
水溶液中胺基酸的結構與性質是長期以來生物物理和化學研究的重要內容。本項目主要含兩方面的研究內容：1. 通過溶質-水超分子模型和超分子-連續介質溶液模型並結合QM/MM方法，利用密度泛函理論和MP2方法系統研究芳香型胺基酸分子與水結合及在水溶液中的結構，深入細緻地理解水溶液如何使胺基酸分子由氣相的中性結構過渡到水溶液中的雙電性結構的微觀機制，給出溶液中芳香型胺基酸的穩定構型及其熱力學平衡分布，並分析其分子內及與水分子間的氫鍵相互作用；2. 利用定態及含時密度泛函理論計算芳香型胺基酸在溶液中的不同物理化學性質如電離能、電子親和勢、質子化/去質子化能、紅外振動光譜、紫外吸收光譜和單/雙光子圓二色譜等，並通過與其氣相中的性質做比較，分析溶液對芳香型胺基酸性質的影響及其機制。通過本項目的開展，順利完成了擬定的研究任務，並取得了如下額外的研究成果：（1）發現了胺基酸與近鄰水分子形成的氫鍵結構規律性，且該結構規律性可用雜化軌道理論的語言分類；（2）總結出了胺基酸與1-5個水分子結合的結構規律；（3）發展了一套搜尋胺基酸與水分子結合的高效計算方法，並發現了諸多新低能結構；（4）計算發現芳香性胺基酸側鏈上的苯環和吲哚環會通過π-π和H-π堆垛效應自發的吸附到碳管表面；（5）發現胺基酸十聚物和C20的複合物具有非常穩定的結構。通過本項目的支持，共發表和已接收SCI論文27篇，其他論文1篇。本項目的研究結果對於揭示溶液對生物分子的結構與性質影響的結構基礎和物理機制，對建立精確可靠的溶液效應微觀模型，建立溶液對芳香型胺基酸光譜性質影響的定量理論和可靠地解釋實驗觀察結果，具有重要意義，也為深刻理解芳香型胺基酸這一“光學”探針在蛋白質環境中的行為變化奠定良好的基礎。
