卟啉模拟酶聚集体在环糊精作用下解聚的计算机模拟研究

卟啉的聚集行为会降低其作为模拟酶的催化性能，而环糊精则可以通过与卟啉发生包结作用，使卟啉聚集体解聚，并显著提高卟啉模拟酶的催化性能。目前实验上已经研究了卟啉聚集体及环糊精－卟啉包结物的性质，但对卟啉聚集的规律以及环糊精导致卟啉聚集体解聚并影响卟啉模拟酶催化性能的机理尚不清楚。本项目将采用分子动力学模拟的方法研究卟啉聚集体的形成及其在环糊精作用下解聚并形成环糊精－卟啉包结物的动态过程，采用自适应偏置力方法计算相应过程的自由能变化，分析卟啉聚集体的结构特性及其形成和解聚的主要驱动力，探讨卟啉聚集的规律以及卟啉聚集体在环糊精作用下解聚的机理，并采用量子力学与分子力学相结合的方法研究环糊精－卟啉包结物作为模拟酶的催化性能，考察环糊精对卟啉模拟酶的结构特性及催化性能的影响，为设计新型高效的模拟酶提供理论指导。

针对卟啉聚集的规律以及环糊精导致卟啉聚集体解聚并影响卟啉模拟酶催化性能的机理尚不清楚的问题，本项目采用密度泛函方法研究了带有不同取代基的卟啉结构，用分子动力学模拟的方法研究了不同结构的卟啉分子形成聚集体以及卟啉聚集体在环糊精作用下解聚并形成环糊精－卟啉包结物的动态过程，并采用量子化学方法研究了环糊精－卟啉包结物作为模拟酶的催化性能，结果发现：在苯环上引入取代基对四苯基卟啉的几何结构影响不大，但对其电子结构有比较显著的改变。不同条件下，不同结构的卟啉所形成的聚集体也不同。在中性条件下，四－(对－磺酸基)苯基卟啉(TPPS4)不能形成聚集体，但在酸性条件下，TPPS4发生质子化，其质子化形式较易形成聚集体，且静电相互作用是形成聚集体的主要驱动力。环糊精能够与卟啉形成更加稳定的包结物。环糊精－卟啉包结物的形成削弱了卟啉分子之间的相互作用，从而使卟啉聚集体解聚。而且，环糊精－卟啉包结物的形成使底物能够更加有效的接触卟啉催化剂的活性中心，进而提高了卟啉作为模拟酶催化剂的催化活性，为设计新型高效的模拟酶提供了理论指导。