氨基酸和肽相关体系结构与性质的理论研究.pdf

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1、中国科学技术大学博士学位论又氨基酸和肽相关体系结构与性质的理论研究作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：孟令彪凝聚态物理林子敬教授二O一二年五月八日lIMIIIIIrllllllllPIrllllllllPrllllrlllI＼2125899UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor，SdegreeTheoreticaIStudiesonStructuresandPropertiesofAminoAcidandPeptideRelatedSystemsAut

2、hor’SName：Speciality：Supervisor：FinishedTime：lnlsheIlmeLingbiaoMengCondensedMatter，PhysicsProf．ZijingLinMay8m，2012中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致{身j_的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：蝴签字日期：2-l，吮．6·f中国科学技术大学学位论

3、文授权使用声明作为申请学位的条件之～，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。1箬开口保密(——年)作者虢壶笙劫签字日期：丝12：叟：!导师躲#?教签字日期：丛][兰!垒。2／摘要摘要氨基酸与肽不仅是构成蛋白质的片段，同时也

4、在生物体体内具有独立功能，是重要的小生物分子。对氨基酸与肽的理论研究具有非常重要的理论和实践意义，从而引起了当代人们广泛的兴趣。本论文利用基于分子轨道理论和密度泛函理论的量子化学计算方法，针对当前有关氨基酸和肽相关体系研究的多个代表性方向与重要问题，分别作了详细的理论计算研究。第一章中我们简要介绍和回顾了用于分子体系计算研究的主要理论与方法，包括多种从头计算方法，密度泛函理论方法和经验方法，以及基函数的有关概念和溶液模型的一些基本知识等。最后对本论文研究所用到的主要计算软件加以简要介绍。第二章，本章主要介绍目前国际上对氨基酸和肽分子体系领

5、域的研究工作，并概括与分析其主要方向和存在的重要问题，为本论文的研究工作提供背景意义和方向指导。第三章，以气相谷氨酸及各离子化分子为研究对象，应用从头算方法与密度泛函方法详细研究其体系的结构和性质。使用系统彻底方法寻找了谷氨酸中性、质子化和去质子化分子势能面的稳定构型。分析了其结构特性、分子内各种氢键作用和振动光谱性质等。计算了构型的垂直电离能、转动常数、偶极距以及各种构型在不同温度下的分布等相关性质；对气相酸碱性和质子亲和力等采用多种高精度理论方法进行了重新确定和改善，并评论了各种理论方法计算热力学参数的性能。第四章中，系统地研究了在气

6、相中谷氨酸与典型碱性、碱土和过渡族金属离子的络合物及其水合体系的性质。使用系统方法寻找了络合物的稳定络合模式。分析了不同金属离子以及水分子数目对谷氨酸结构和稳定性的影响。应用高精度的密度泛函方法计算了金属结合能，并解释了相关实验。此外，初步测试和讨论了一些理论方法对Fe+的自旋态描述的性能。第五章中，基于相关量子理论，我们系统分析和给出了在水溶液中甘氨酸与水分子之间氢键作用可能的物理图像，提出了新的离散模型构型的寻找策略，并据此详细地计算研究了液相甘氨酸的红外光谱性质。从结构、振动红外谱及能量的这三个角度，分析和论证了以上有关液相氢键作用

7、模式设想的合理性，为以后理论计算研究液相生物分子的相关性质奠定了良好基础。第六章中，使用系统彻底的构型寻找策略，深入研究了11种有代表性的三、四、五肽分子的势能面，并详细分析了肽构型的结构特点。分析给出了各级次摘要肽分子稳定构型的内在结构特征以及彼此之间的联系。基于以上结果和以前构型寻找方法的相关成果，提出了一种使用氨基酸和寡肽稳定构型来寻找多肽稳定构型的新的高效方法。该方法为理论研究大的多肽体系结构提供了新思路。第七章，对本论文的研究成果作了简要总结。关键词：量化计算，氨基酸，肽，结构预测，金属络合，振动光谱，溶液效应ABSⅡ乙～CTA

8、BSTRACTAminoacidsandpeptidesaresignificantbiomoleculeseitherasthebuildingblocksofproteinsorasthe