构建和发展先进的新一代可极化分子力场- - 探索和模拟复杂分子体系结构性能的新方法

构建一个最先进的新一代可极化分子力场方法，发展新一代原子与键浮动电荷分子力场（ABEEMσπ）的基本模型和方法，对其精度要求达到ab initio MP2水平，使其包含常见的大多数原子和大多数键的类型，覆盖第四、第五、第六周期的原子（特别是过渡金属原子）和相关键的类型。探讨溶剂化自由能和结合自由能计算的新方法，发展分子体系总能量计算的新方法。根据新力场模型的特点，设计和建立合适的方法，以处理和模拟涉及化学键形成和断裂的过程。建立使新浮动电荷力场方法与量子力学方法完美结合的方法，包括考虑适当引入量子效应。建立模型和方法，以实现ABEEMσπ分子力场与介观耗散粒子动力学模拟方法的有效连接。设计和发展分子体系分区的计算新方法，编制新可极化力场的程序，以及实现并行化与GPU程序化。在ABEEMσπ框架下，尝试探讨激发态问题。模拟复杂分子体系的性能：蛋白质折叠，分子识别和对接，酶反应，自组装过程等。

我们努力构建一个最先进的新一代ABEEM可极化分子力场，重要进展如下：.1. 发展理论模型和方法。在我们ABEEM模型中，围绕一个原子的电荷分布合理，是空间各向异性的，不需要迭代计算，使我们的模型和方法优于现有的其它极化力场（包括最好的AMOEBA极化力场）。提出参考电荷，能够很好处理生物分子体系（包含所有过渡金属蛋白质），在确定电荷分布和偶极矩、优化几何结构和描写相互作用能等方面，其精度达到从头算 MP2水平。.2. 应用ABEEM极化力场，对多肽(同源二肽和三肽)构象进行了精密研究，与精密从头计算结果达到一致，明显优于其它分子力场的结果(包括AMOEBA极化分子力场)，计算速度也快。以缬氨酸三肽为例，我们的ABEEM极化分子力场搜索到34个稳定构象，与ab initio方法符合一致，而OPLS和AMBER力场只能分别23个和15个稳定构象，AMOEBA极化力场搜索到17个稳定构象。.3. 研究分子间的相互作用，包括碱基、氧化碱基、多肽、水等大量分子体系，进行ABEEM极化力场研究，得到的结构、偶极矩和相互自由能等的结果，都达到ab initio MP2水平。.4. 建立模型和方法，从微观ABEEM浮动电荷极化力场出发，计算介观耗散粒子动力学（DPD）的重要参数，实现了从微观到介观方法的有效连接，成功进行了自组装过程模拟。考察ABEEM极化力场和QM结合，对一个含Ru的药物体系的作用机理进行了模拟，包括自由能计算，获得有价值的信息。.5. 首次提出PAEM-MO图(PAEM是分子中的单电子作用势)和键心的概念，提出定量的判据，明确给出化学成键和van der Waals作用的区别，为发展极化力场、为探讨凝聚态的分子体系中的非共价相互作用和成键作用、极化和电荷转移等提供了新的理论方法。.6. ABEEM极化力场和相关程序，是按照我们自己的公式方法自行编制、调试的，程序包将申请专利。