1、氨基酸和寡肽是重要的生物小分子體系，對(duì)它們的理論計(jì)算研究不僅可以幫助解釋對(duì)這些體系所開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果，還可以為人們更清楚地認(rèn)識(shí)和了解例如蛋白質(zhì)分子這樣大的生物分子體系奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 本論文利用基于密度泛函和波函理論的計(jì)算方法詳細(xì)研究了典型的氨基酸和寡肽分子體系的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。研究涉及方法的發(fā)展，方法的測(cè)試和方法的應(yīng)用，其內(nèi)容涵蓋了氨基酸和寡肽理論計(jì)算研究領(lǐng)域的多個(gè)方面。 第1章中我們簡(jiǎn)要介紹了用于研究分子體系的主

2、要計(jì)算方法的理論基礎(chǔ)，包括各種從頭計(jì)算方法，半經(jīng)驗(yàn)方法和密度泛函方法。同時(shí)對(duì)用于描述諸如電荷和軌道等化學(xué)經(jīng)驗(yàn)概念的理論方法進(jìn)行了闡述。最后對(duì)本論文研究所要用到的各種計(jì)算軟件包加以簡(jiǎn)單說(shuō)明。 第2章給出了氨基酸和寡肽分子體系理論計(jì)算領(lǐng)域的主要研究?jī)?nèi)容和研究熱點(diǎn)，這包括氨基酸和寡肽分子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，電子性質(zhì)，內(nèi)部弱相互作用，質(zhì)子化和去質(zhì)子化過(guò)程，構(gòu)象轉(zhuǎn)換，金屬離子結(jié)合及溶液效應(yīng)等多方面的研究。這為本論文提供了研究方向上的指導(dǎo)。

3、 第3章中我們利用密度泛函方法系統(tǒng)尋找了纈氨酸分子的穩(wěn)定構(gòu)型，對(duì)前人的研究工作給出的纈氨酸分子的勢(shì)能面信息做了相關(guān)補(bǔ)充，同時(shí)利用計(jì)算出的構(gòu)型分布為以前的實(shí)驗(yàn)工作提供了重要的溫度信息。利用分子中的原子理論，自然鍵軌道理論，幾何結(jié)構(gòu)判據(jù)和紅外譜線判據(jù)系統(tǒng)分析了纈氨酸穩(wěn)定構(gòu)型的分子內(nèi)氫鍵情況。在纈氨酸穩(wěn)定構(gòu)型中找到了常規(guī)氫鍵，藍(lán)移氫鍵和雙氫鍵這三種迄今為止所發(fā)現(xiàn)的各種氫鍵類型，它們的共存現(xiàn)象形象的說(shuō)明了各種氫鍵的內(nèi)在統(tǒng)一機(jī)制。所發(fā)現(xiàn)的N-

4、H…H-C雙氫鍵拓寬了雙氫鍵的定義。 第4章中以高精度的耦合簇方法的計(jì)算結(jié)果為基準(zhǔn)，測(cè)試了五種密度泛函方法(BHandHLYP，MPWB1K，B3LYP，B3PW91和SVWN)和兩種波函方法(HF和MP2)對(duì)描述22種氨基酸體系的構(gòu)型相對(duì)能量，垂直電離能，質(zhì)子化和去質(zhì)子化能這四種能量性質(zhì)的能力。同時(shí)研究了各方法的計(jì)算結(jié)果對(duì)不同大小基組的收斂情況。研究給出了BHandHLYP泛函方法配合6-311++G(d，p)基組是最適合描

5、述含有分子內(nèi)氫鍵作用體系的計(jì)算水平，這為他人的研究工作提供了重要支持。 第5章中使用系統(tǒng)的構(gòu)型尋找方法全面的研究了13種有代表性的二肽分子的勢(shì)能面，并對(duì)所得到的穩(wěn)定構(gòu)型進(jìn)行了結(jié)構(gòu)特性的詳細(xì)分析。找到了二肽穩(wěn)定構(gòu)型和其組成氨基酸穩(wěn)定構(gòu)型間的密切聯(lián)系，這促使了一種基于氨基酸穩(wěn)定構(gòu)型來(lái)尋找二肽穩(wěn)定構(gòu)型的方法的提出。對(duì)該方法在他人研究過(guò)的二肽體系上所進(jìn)行的全面測(cè)試證明此方法不僅更高效，而且提供了更為完整的穩(wěn)定構(gòu)型集合從而使得理論和實(shí)驗(yàn)

6、紅外光譜的一致性大大增強(qiáng)。 第6章中使用系統(tǒng)的構(gòu)型尋找方法全面的研究了5種有代表性的三肽分子的勢(shì)能面，并詳細(xì)分析了三肽構(gòu)型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其與二肽的差異。分析給出了三肽穩(wěn)定構(gòu)型和相應(yīng)的二肽及氨基酸穩(wěn)定構(gòu)型間的密切聯(lián)系，基于二肽構(gòu)型的尋找方法，發(fā)展了一種使用二肽和氨基酸穩(wěn)定構(gòu)型來(lái)高效尋找三肽穩(wěn)定構(gòu)型的方法。對(duì)該方法在前人研究過(guò)的三肽體系上所進(jìn)行的全面測(cè)試證明此方法不僅更高效而且更準(zhǔn)確。同時(shí)我們利用基因遺傳算法的概念對(duì)該方法進(jìn)行了拓展