论文部分内容阅读
金属离子在生物环境、生命活动中有着不可替代的作用,其中Na+作为生物体内必需的离子,准确、合理地模拟含Na+的生物分子水溶液体系的结构和性质具有重要的科学意义。本文在原子-键电负性均衡浮动电荷分子力场(ABEEM/MM)模型下,构建了描述Na+与氮-甲基乙酰胺(NMA)及水体系(Na+-NMA/H2O)的可极化势能函数。进行大量从头计算,优化得到[Na(NMA)n]+(n=4-8)、[Na(H2O)n]+(n=4-8)的稳定结构,优选并确定相关参数,再将其转移到[Na(NMA)n(H2O)m]+(n+m=4,6)体系。应用该ABEEM/MM势能函数计算得到的上述团簇的结构、结合能、电荷分布等,与量子力学(QM)结果具有很好的一致性:Na+与配体NMA、H2O之间距离的平均绝对偏差(AAD)在0.04-0.07?之间、RRMSD在3.1-4.4%之间;平均结合能的AAD在0.91-1.49 kcal/mol之间、RRMSD在4.9-9.6%之间;电荷分布与QM方法得到的电荷分布的线性相关系数在0.98以上。上述计算结果明显优于OPLS-AA力场的结果。OPLS-AA计算得到的结果与QM结果相比:Na+与NMA、H2O之间距离的AAD范围为0.14-0.18?、RRMSD范围为6.9-10.3%;平均结合能的AAD范围为1.00-13.46 kcal/mol、RRMSD范围为6.4-62.8%。应用ABEEM/MM对不同浓度NMA-NaCl水溶液体系进行初步的分子动力学模拟,结果表明,随着NMA浓度的逐渐增大,Na+的第一配位层中NMA的配位数逐渐增大,H2O的配位数逐渐减小,NMA浓度分别为4 mol/L、6 mol/L、8 mol/L的体系中Na+的配位数分别为5.41、5.86、5.96。同理,在ABEEM/MM模型下,构建了Na+-ETOH体系的可极化势能函数,应用该势能函数计算[Na(ETOH)n]+(n=4-8)的结构、结合能、电荷分布,与QM结果具有很好的一致性:Na+与配体ETOH之间距离的AAD约为0.09?、RRMSD约为5.6%;结合能的AAD约为6.14 kcal/mol、RRMSD约为6.5%;电荷分布与QM方法得到的电荷分布的线性相关系数在0.97以上。上述结果也明显优于OPLS-AA力场的结果。本文构建的Na+-NMA/H2O/ETOH体系的ABEEM/MM浮动电荷力场,能够准确合理地处理Na+与氮-甲基乙酰胺、水、乙醇之间的相互作用,且整体结果明显优于OPLS-AA力场。