《金屬蛋白質分子的量子理論計算研究》是依託華東師範大學，由張增輝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：金屬蛋白質分子的量子理論計算研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張增輝
- 依託單位：華東師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
量子力學理論和計算方法在生物大分子領域的套用是當前的研究熱點之一。本項目致力於研究如何把量子理論實際套用到金屬蛋白的研究領域。由於金屬離子與多個胺基酸形成配位鍵作用，使得原本線性的蛋白質化學鍵連線變成了網狀的結構，並且在動力學過程中（如蛋白質構象變化中），該網狀結構是動態變化的。這就使得常用的經典分子力場方法無法正確的描述和處理含有金屬的蛋白質內部的相互作用，構象變化和其他動力學性質。本研究項目立足於量子力學基本原理，發展切實可行的計算方法，把蛋白質大分子用分塊方法來分開描述，準確計算蛋白－金屬成鍵和斷鍵過程中的電荷轉移，發展針對金屬配位的可極化電荷，和蛋白質整體的極化電荷組合在一起，用來精確描述金屬蛋白的相互作用，構象變化，動力學性質，蛋白質摺疊等生物大分子研究中的關鍵問題。本項目的成功，將為更定量更可靠的了解蛋白質結構、功能和動力學性質，以及預測和設計新的蛋白質提供重要的理論計算工具。
結題摘要
通過對金屬蛋白的理論計算和動力學性質的了解和研究，進一步證實了傳統經典力場對於描述金屬蛋白的重要缺陷，並發展了一套實用和可靠的動態量子計算的方法，對已知的金屬蛋白體系，把量化計算fit的極化電荷做動態（隨時間變化）的調整，與分子動力學結合，得到動態分子動力學的模擬結果，取得了很好的結果。其次，通過把蛋白質大分子用分塊方法來分開描述，準確計算蛋白－金屬成鍵和斷鍵過程中的電荷轉移，發展針對金屬配位的可極化電荷，和蛋白質整體的極化電荷組合在一起，用來精確描述金屬蛋白的相互作用和動力學性質，把金屬在蛋白里的電荷轉移和極化效應更全面和系統的考慮進來，正確的描述金屬配位體系的動態變化以及正確的配位鍵的能量。目前我們發展的最新方法，結合了新的fluctuating charge的極化和電荷轉移效應，以及金屬配位鍵的精確能量表述，對已知的金屬-蛋白配位體系能精確的描述它們的結構，動力學性質以及金屬蛋白和小分子配體的結合自由能，取得了比較明顯的突破，目前對各種不同類型的金屬-蛋白體系，包括各種鋅指，雙鋅蛋白以及其他金屬蛋白體系的後續工作正在積極開展。現已發表相關SCI論文18篇，其中兩篇發表在JACS上，圓滿完成了預期研究目標。
