《QM/MM方法的發展以及其在酶催化反應機理研究中的套用》是依託華東師範大學，由向雲擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：QM/MM方法的發展以及其在酶催化反應機理研究中的套用
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：向雲
- 依託單位：華東師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基於量子力學與分子力學（QM/MM）的組合方法在研究水溶液和生物酶分子中的化學反應是行之有效的。本項目在繼承以前工作的基礎上，重點發展和改進帶限制的密度泛函理論（CDFT/FDFT）在QM/MM方法上的套用，提出動態分配QM和MM區域，以及在經驗價鍵理論中使用多套電荷參數的構想，並利用CDFT/FDFT在定義絕熱態和非絕熱態上的優勢，提出可行的方案用於比較不同反應坐標對計算自由能的影響。改進後的FDFT QM/MM方法將用於研究水溶液中水分子的自動離子化，金屬離子催化的質子轉移，以及有代表性的蛋白酶系統中的化學反應，揭示電荷轉移和質子轉移的化學本質，解釋酶催化效應的基本機理。QM/MM與高效的構象取樣的方法相結合，還將用於研究酶的大尺度的構象變換對其催化效率的影響。
結題摘要
在該基金項目的支持下，我們發展了基於第一性原理的量子力學和分子力學的組合方法，並成功實現了與蛋白極化特定電荷計算方法的對接。利用我們發展的ai-QM/MM-ppc方法，我們開展了對一系列有代表性的生物酶催化機理的研究。我們的研究結果表明蛋白的電子極化對酶的催化效率貢獻顯著，能在很大程度上降低反應勢壘。在對核糖體催化蛋白合成反應的研究中，我們發現由水分子輔助的八元環反應機理在能量上更有利於反應的進行，從而從理論上解決了這一領域有爭議的問題。同時我們還開展了對蛋白摺疊和蛋白聚集的分子動力學模擬和非線性二維紅外光譜的理論研究。
