DNA-蛋白质间氢键作用强度及其动态变化的理论研究

准确快速模拟确定DNA-蛋白质间的NH…O=C、NH…N、OH…N等各类氢键作用强度及其动态变化，对正确理解蛋白质-DNA间相互作用，从分子水平上深入理解DNA到蛋白质的遗传信息传递的本质有着重要的科学意义。本项目将以DNA-蛋白质间的NH…O=C、NH…N、OH…N等各类氢键作用为研究对象，构建物理意义明确的氢键作用模型和可准确快速预测蛋白质DNA体系中各类氢键作用强度的高精度解析势能函数，编制有自主知识产权的程序软件，模拟研究蛋白质DNA体系中分子内、分子间氢键形成的局域势能曲线(面)，实现对DNA-蛋白质间氢键作用强度及其动态变化的准确快速度量和预测。建立氢键能数据库。本项目建立的高精度理论模型和解析势能函数适用于蛋白质DNA体系中的各类氢键作用，物理意义明确且简捷快速，其简捷快速可与分子力场方法媲美，而其准确度又与包含了BSSE校正的高精度MP2/aug-cc-pvTZ方法相当。

人们认识到，氢键作用在DNA双螺旋结构的形成、蛋白质折叠、蛋白质-核酸间分子识别过程中起重要作用。人们还认识到，准确计算模拟氢键作用需要使用昂贵的从头计算量子化学方法，例如MP2或CCSD(T)方法。但非常遗憾的是，MP2和CCSD(T)方法不能应用于蛋白质核酸等大体系。.本项目以蛋白质核酸体系中存在的各类氢键作用为对象，把N-H、C-H、O-H、C-O、C=O键看做化学键偶极，把核酸碱基氮上的孤对电子看做孤对电子偶极，提出和建立了物理意义明确的准确快速的可极化偶极-偶极作用模型。.本项目提出和建立的可极化偶极-偶极作用模型可以对包含蛋白质多肽分子、核酸碱基分子、各种糖类分子的氢键复合物体系的氢键结构、分子间作用能以及分子间作用能随分子间距变化的势能曲线给出较准确预测，并且效率非常高。对平衡氢键键长的预测结果与MP2/6-31G(d), MP2/6-31+G(d,p), B3LYP/6-31+G(d,p)的结果相符, 对复合物体系分子间作用能和势能曲线的预测结果与包含BSSE校正的MP2/aug-cc-pVTZ方法计算得到的结果相符。.本项目建立的可极化偶极-偶极作用模型具有明确的物理意义，适用于NH…O=C, NH…N, OH…N, OH…O等氢键复合物体系，简捷快速且精确度高。其简捷快速可以与分子力场方法相媲美，而其准确度又与高精度MP2方法相当，可望在研究氢键作用本质以及在生物体系的分子模拟领域发挥重要作用。