绿色荧光蛋白光异构机理的QM/MM研究

光化学现象是生物体系中的基本现象之一，在实际生活中已经广泛应用于能源，医学等重要领域，对于生物体系光化学现象的微观理解能够帮助我们在这些领域取得更大的进展。本项目拟发展一种基于TD-DFTB方法的混合量子力学和分子力学(QM/MM)方法，可以有效地进行长时间的电子激发态分子动力学模拟研究。在考虑蛋白质环境因素的影响下，重点研究野生型绿色荧光蛋白的光异构机理，得到可靠的基态与电子激发态势能面，分析吸收和荧光发射光谱以及其变异体对于光谱形状的影响，从而为实验上改进GFP的特性提供可靠的理论依据。

研究酶体系的催化反应机理，讨论成键与断键的微观过程仍然是具有挑战性的课题。为了更好地讨论生物体系的光致过程，其前提条件是具有更合理的基态反应势能面。为此，我们在过去的几年中尝试利用混合SCC-DFTB/CHARMM方法讨论了数类重要的酶体系的催化过程，并且建立了联合使用GSBP（generalized solvent boundary potential）和CPR（conjugate peak refinement）理论的方法以优化反应势能曲线以及相应的过渡态结构的方法。该方法已成功用于预测血管收缩素转化酶的活性中心外的氯离子通过长程静电相互作用影响反应的效应。其优势在于不需要通过动力学模拟计算反应自由能曲线，但又能更好地描述静电相互作用，从而减少计算量。