基于计算蛋白质三维空间结构的自由能运算方法的研究及其在分子模拟过程中的实现

自由能是物理化学中的一个重要概念。以计算自由能的分子模拟方法来解析蛋白质的三维空间结构在学术界广为应用，但是其中的一个瓶颈问题至今没有很好的解决：即自由能算法目前还难以满足研究蛋白质结构所需的大量计算及结果精确的要求。因此研究新的自由能运算方法成为计算生物化学中亟待解决的重要课题之一。本课题旨在研究并开发新的自由能运算方法用来更好和更加有效的研究蛋白质的三维空间结构。我们将以分子模拟的方式来验证新方法的可行性及其效率的提高。该课题属于物理化学及生物学交叉学科的研究项目，其研究涉及并应用多领域相关学科的知识，其研究成果也必将促进相关领域的科学发展。同时新的自由能运算方法将更加有效的用于研究蛋白质之间的相互作用，从而有助于研究与蛋白质结构变化相关的疾病以及这些疾病的治疗与预防。

研究蛋白质结构的三维空间构象及其结构的稳定性是非常重要的科学问题。试验方法及计算学方法均可对其进行研究且殊途同归。在计算学方法中自由能运算是非常重要且大量用于研究该课题的方法。科学研究表明自由能运算方法的选取最终会影响到能否准确地计算出蛋白质的三维空间结构。因此一个好的自由能运算方法可以帮助我们更好地研究蛋白质的三维空间结构。本课题着眼于研究适合计算蛋白质三维空间结构的自由能运算方法。我们在课题组前期研究的基础上，选取脯氨酸系统展开研究。在我们所研发的自由能方法中，我们加入适合该系统的多重空间变量。应用该自由能运算方法，我们描画出脯氨酸的自由能图谱。由此图谱得到的稳态结构参数符合量子计算结果。这说明该自由能运算方法可以很好地用于研究小分子蛋白质系统。该方法将有助于我们更好地研究小分子蛋白质系统的稳态、过渡态，以及稳态与过渡态之间的转换路径。同时该方法也可用于研究与小分子蛋白质系统相关的化学及生物学的科学问题。