血紅素與氧氣的結(jié)合與解離過(guò)程是重要的生命現(xiàn)象。在氧氣靠近的過(guò)程中,血紅素電荷極化效應(yīng)明顯,且底物對(duì)血紅素自旋態(tài)影響顯著,使體系存在自旋交叉的現(xiàn)象。但是傳統(tǒng)力場(chǎng)的固定點(diǎn)電荷模型,不適合應(yīng)用到血紅素體系中,且當(dāng)前針對(duì)血紅素自旋交叉這一特點(diǎn)開(kāi)發(fā)力場(chǎng)的工作較少。本課題組針對(duì)這一問(wèn)題提出了多自旋態(tài)可變電荷力場(chǎng)的設(shè)想,這一設(shè)想的核心是能夠根據(jù)構(gòu)型變化準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)各個(gè)自旋態(tài)的電荷,從而正確的描述由于構(gòu)象變化導(dǎo)致的各組態(tài)的能量變化。近年來(lái),在電荷預(yù)測(cè)中基于K-means聚類(lèi)和隨機(jī)森林的方法逐漸受到重視并有成功應(yīng)用。本論文的核心思想是將這些方法用于多自旋態(tài)可變電荷力場(chǎng)的開(kāi)發(fā),測(cè)試這些方法在血紅素體系多自旋態(tài)電荷力場(chǎng)中的表現(xiàn)。論文的具體研究思路如下:首先,我們對(duì)血紅素模型體系和氧氣分子復(fù)合物進(jìn)行了非絕熱動(dòng)力學(xué)模擬,從軌跡中提取了近40000個(gè)血紅素模型結(jié)構(gòu),采用密度泛函方法計(jì)算得到體系在各個(gè)自旋態(tài)下的靜電勢(shì)電荷。然后,論文采用基于K-means聚類(lèi)和隨機(jī)森林的方法進(jìn)行電荷預(yù)測(cè)測(cè)試。針對(duì)每種測(cè)試方法,我們都構(gòu)建了兩個(gè)數(shù)據(jù)集。一是未進(jìn)行幾何構(gòu)型優(yōu)化,體系處于能量較高的狀態(tài);二是進(jìn)行幾何構(gòu)型優(yōu)化,體系處于局域能量... 

【文章來(lái)源】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：76 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

O2與血紅素結(jié)合的勢(shì)能面（左圖）以及O2基態(tài)（三重態(tài)）分子軌道占據(jù)（右圖）的示意圖（Duetal2018）

1.1 O2與血紅素結(jié)合的勢(shì)能面（左圖）以及 O2基態(tài)（三重態(tài)）分子軌道占據(jù)（右圖）的意圖（Du et al 2018）Fig.1.1 The O2binding potential energy surface (PES) with heme group (On the left) and themolecular orbital occupancy of O2ground state(triplet state)(On the right)(Du et al 2018)

vitt and Lifson 1969）： ( ) = ( ) + ( ) + ( ) + ( ) + ( ) + （1其中 是體系的勢(shì)能函數(shù)， 是體系中所有原子的坐標(biāo)。 ， 和 分別是分子中的鍵長(zhǎng)（或共價(jià)鍵）、鍵角彎曲、二面角扭轉(zhuǎn)和的二面角彎曲。非鍵項(xiàng) 和 分別描述的是靜電力和范德華力，是沒(méi)有價(jià)鍵和鍵角直接連接的原子之間的相互作用。圖 1.3 顯示了經(jīng)典固定電荷力項(xiàng)的示意圖（Riniker and Modeling 2018）。盡管極化效應(yīng)很重要，但從以往來(lái)，由于計(jì)算成本高以及極化力場(chǎng)的參數(shù)復(fù)雜，極化在固定點(diǎn)電荷力場(chǎng)中沒(méi)確表示，是通過(guò)建立局部電荷平均力場(chǎng)的極化作為有效的參數(shù)，所以經(jīng)典力子的電荷是固定的。


本文編號(hào)：3308116