地区：上海市 宝山区
关键词：华东师范大学
成果类型：其它
成果领域：生物与新医药
成果编号：A2021061000001323
成果描述：
| 运用基于微观原理的物理和化学方法及高性能计算手段来研究复杂的生命科学问题是科学发展的大趋势，具有及其重要的科学价值和巨大的应用前景，对于国民经济、国民健康、高新技术产业等的发展具有无可估量的重要性。蛋白质是细胞中的主要功能分子，是控制、调节和执行各种生物功能的纳米机器和各种生化反应的催化剂。在分子层次上诠释复杂生命现象的微观机理，掌握生命活动的本质，是人类能否实现从微观上彻底了解生命活动的本质，最终达到干预和调控生命过程的目标的根本性基础。蛋白质分子的性质取决于蛋白内部及蛋白与其他分子在溶液环境下的相互作用所决定，虽然在理论上完全可以通过计算方法来模拟、了解和预测蛋白质的所有性质，但要实现这样的目标存在一个关键的障碍，即描述生物分子间相互作用的经验性分子力场的可靠性太差，其主要原因是生物分子的相互作用太过复杂，只能采用基于经验参数的简单分子力场来描述，很难进行系统性的改进和提供。该项目发展了创新性的分子碎片共轭帽方法，把第一性原理的精确量子化学计算方法应用到了包含成千上万原子的蛋白质分子的复杂体系，在理论计算化学领域取得了突破性的进展。该项目的三个科学发现点如下：原创性的发展了针对生物大分子的分子碎片共轭帽方法，实现了对整个蛋白分子的高效率量子化学计算，把量子化学方法的实际应用推广到了生物大分子体系，为更精确可靠的研究生物大分子的结构和功能开辟了新的途径。发展了基于分子碎片方法的蛋白质专一性极化力场(PPC)，将静电极化效应引入到了研究蛋白质动力学的计算模拟中，解决了传统生物分子力场缺少极化效应的关键问题，提高了生物分子模拟的可靠性和准确性。发展了基于分子碎片方法原理的自动分块的AF-QM/MM方法，用于精确计算蛋白质核磁共振波谱的化学位移，相较基于经验参数的传统方法具有更高的计算精度和更广的适用范围，能更好的符合和预测实验结果。以上三个科学发现点紧密相关，有机的形成一套完整的针对生物大分子结构和动力学性质的理论计算模拟方法。该项目的20篇主要论文，包括4篇J. Am. Chem. Soc.，均在国内独立完成，SCI他引489次，培养了2名教授、5名副教授、3名讲师、5名博士后、17名博士生、其中2名博士生获得“上海市优秀博士生”称号。 |
