2023年，注定是不平凡的一年！從本期開(kāi)始，我們將對(duì)理論與計(jì)算領(lǐng)域的大牛，對(duì)之前的成果工作進(jìn)行簡(jiǎn)單匯總，希望能夠?yàn)榭蒲泄ぷ髡邆兲峁┮恍┧悸芳跋敕ā?/p>

本期為2023版新版名人堂介紹，本期為第7期。

名人介紹

徐昕，復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系教授，特聘教授，杰青。1985年廈門大學(xué)化學(xué)系學(xué)士；1991年廈門大學(xué)化學(xué)系博士，1991-1993中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所博士后；1993年廈門大學(xué)化學(xué)系副研究員；1995年12月被破格提升為研究員；1998年12月被評(píng)為博土生導(dǎo)師。1995年7月，受日本學(xué)術(shù)振興會(huì)的資助，應(yīng)包括諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主福井謙一先生等6位日本著名理論化學(xué)家的邀請(qǐng)?jiān)L問(wèn)了日本基礎(chǔ)化學(xué)研究所、分子科學(xué)研究所、京都大學(xué)和東京大學(xué)等知名學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)。并應(yīng)Hiroshi Nakatsuji教授邀請(qǐng)，以日本京都大學(xué)工學(xué)部訪問(wèn)教授身份，先后六次參加由日本學(xué)術(shù)振興會(huì)資助的國(guó)際合作項(xiàng)目，內(nèi)容涉及氧化物簇模型方法、激發(fā)態(tài)理論、hyperfine 和 NMR 以及STM理論。2000年3月－2003年1月，應(yīng)國(guó)際著名量子化學(xué)家W.A. Goddard III邀請(qǐng)，在美國(guó)加州理工學(xué)院化學(xué)系訪問(wèn)工作。獲中國(guó)化學(xué)會(huì)青年化學(xué)獎(jiǎng)（1995）；霍英東青年教師獎(jiǎng)勵(lì)基金（1998－2000）；教育部首屆青年教師獎(jiǎng)勵(lì)基金（2000－2005）；福建省閩江學(xué)者（2006－2010）等。

從事量子化學(xué)及表面量子化學(xué)的理論研究。自參加工作以來(lái)，主持和參與承擔(dān)973項(xiàng)目課題，國(guó)家基金重大、重點(diǎn)和面上等各種科研課題24項(xiàng)。研究方向涉及多相催化（如，C-H鍵活化及DeNOx）、均相催化（如，Catalytica Pt(II) 催化甲烷制甲醇）、生物體系（如，抗體催化水氧化至雙氧水）、納米體系（如，新型儲(chǔ)氫材料的設(shè)計(jì)、新型分子器件的設(shè)計(jì)、過(guò)渡金屬催化碳納米管生長(zhǎng)機(jī)理）以及理論方法（如，金屬態(tài)簇模型、氧化物SPC簇模型方法、XO組合方法、NMR（OPBE）、密度泛函理論的新泛函（X3LYP，xPBE，XYG3，X1））等方面。多次應(yīng)邀出國(guó)講學(xué)，并與日本京都大學(xué)、美國(guó)加洲理工學(xué)院、香港科技大學(xué)、瑞典皇家理工、法國(guó)巴黎化工學(xué)院、法國(guó)里昂高師等開(kāi)展長(zhǎng)期科研合作。

國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)單位及會(huì)議邀請(qǐng)報(bào)告200余次。迄今已發(fā)表SCI學(xué)術(shù)論文200余篇，其中包括：Science(2), Nature (1), Proc. Natl. Acad. Sci. USA (9), Phys. Rev. Lett.(2), J. Am. Chem. Soc.(3)，Nano Letter (2), Adv. Mat. (1)。Web of Science他引7000余次，單篇最高引用658多次。發(fā)表在美國(guó)科學(xué)院院誌上的新一代密度泛函XYG3的論文（Proc. Nat. Acad. Sci, USA, 106 (2009) 4963）入選2009年度“中國(guó)百篇最具影響力國(guó)際學(xué)術(shù)論文”。研究成果《密度泛函理論新進(jìn)展》獲2019年教育部自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

研究成果

1.JCTC：基于勢(shì)匹配方法的粗粒粒子Lennard-Jones相互作用的精確高效估計(jì)

Lennard-Jones（LJ）能量函數(shù)，通常用于描述粗?；–G）模型中的非鍵合相互作用，這些相互作用對(duì)于穩(wěn)定局部結(jié)合構(gòu)型或自組裝系統(tǒng)起著重要作用。在許多情況下，系統(tǒng)地開(kāi)發(fā)CG模型中的LJ相互作用參數(shù)需要對(duì)目標(biāo)分子在全原子（AA）水平上進(jìn)行全面采樣，因此對(duì)于大型系統(tǒng)來(lái)說(shuō)非常耗時(shí)。受靜電勢(shì)（ESP）概念的啟發(fā)，研究者定義了LJ靜電勢(shì)（LJSP），通過(guò)它可以解析地構(gòu)建嵌入勢(shì)能面。在此基礎(chǔ)上發(fā)展了一種半解析方法，即LJSP匹配方法，通過(guò)最小化AA模型和CG模型之間的LJSP差異來(lái)導(dǎo)出CG參數(shù)，從而提供了一種從AA模型中推導(dǎo)CG LJ參數(shù)的通用方法，而無(wú)需進(jìn)行預(yù)采樣。LJSP匹配方法不僅在蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和DNA的CG模型中成功地導(dǎo)出了LJ相互作用能量景觀，而且在模擬二十二酸二酯磷脂酰膽堿（DPPC）脂質(zhì)自組裝過(guò)程中再現(xiàn)了中間結(jié)構(gòu)和焓貢獻(xiàn)等關(guān)鍵性質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：Zhang, Yuwei, et al. "Accurate and efficient estimation of Lennard–Jones interactions for coarse-grained particles via a potential matching method." Journal of Chemical Theory and Computation 18.8 (2022): 4879-4890.

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jctc.2c00513#

2. JCTC：利用XYG3型雙雜化密度泛函精確預(yù)測(cè)核磁共振參數(shù)

核磁共振（NMR）光譜學(xué)是闡明分子結(jié)構(gòu)的最強(qiáng)大和多功能工具之一。為了消除實(shí)驗(yàn)分配的歧義，準(zhǔn)確計(jì)算NMR光譜非常重要。在這里，使用包括原子軌道（GIAO）的解析導(dǎo)數(shù)評(píng)估NMR屏蔽常數(shù)的理論方法已經(jīng)被實(shí)現(xiàn)，適用于XYG3型雙重雜化密度泛函（xDH），即GIAO-xDH方法。屏蔽常數(shù)和化學(xué)位移的基準(zhǔn)計(jì)算表明，與準(zhǔn)確的CCSD(T)參考相比，GIAO-xDH方法具有顯著的精度。在這里，研究者展示了XYGJ-OS泛函能夠在計(jì)算13C、15N、17O、19F的屏蔽常數(shù)時(shí)給出約3.0 ppm的平均絕對(duì)偏差（MAD），而XYGJ-OS和xDH-PBE0泛函都能夠提供1H和13C的化學(xué)位移的滿意估計(jì)，其MAD分別為約0.03和1.0 ppm。在此，研究者分析了該方法對(duì)基組的影響，并提出了一種考慮準(zhǔn)確性和效率的計(jì)算方案，用于預(yù)測(cè)五種中等大小的天然產(chǎn)物分子的實(shí)驗(yàn)13C化學(xué)位移，得到約1.0 ppm的MAD，證明了GIAO-xDH方法的實(shí)際可行性。

參考文獻(xiàn)：Yan, Wenjie, and Xin Xu. "Accurate Prediction of Nuclear Magnetic Resonance Parameters via the XYG3 Type of Doubly Hybrid Density Functionals." Journal of Chemical Theory and Computation 18.5 (2022): 2931-2946.

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jctc.2c00055

3.Journal of Medicinal Chemistry：Cov_DOX:一種共價(jià)蛋白配體結(jié)合結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法

一些分子對(duì)接工具已經(jīng)擴(kuò)展為能夠?qū)崿F(xiàn)共價(jià)對(duì)接。然而，它們都面臨著蛋白質(zhì)和配體之間的共價(jià)鍵所帶來(lái)的挑戰(zhàn)。許多共價(jià)藥物設(shè)計(jì)場(chǎng)景仍然嚴(yán)重依賴于需要準(zhǔn)確的結(jié)合構(gòu)象的晶體學(xué)實(shí)驗(yàn)。本研究旨在填補(bǔ)共價(jià)對(duì)接和晶體學(xué)實(shí)驗(yàn)之間的差距，研究者開(kāi)發(fā)并驗(yàn)證了一種混合方法，稱為Cov_DOX。在針對(duì)一個(gè)測(cè)試集，其中包括405個(gè)共價(jià)蛋白質(zhì)-配體復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，并覆蓋各種戰(zhàn)頭化學(xué)和受體類型的驗(yàn)證中，Cov_DOX在Top 1姿勢(shì)預(yù)測(cè)方面取得了81%的總體成功率，RMSD<2 ?。這樣的準(zhǔn)確性與要求更高的晶體學(xué)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性相差不遠(yuǎn)，與共價(jià)對(duì)接前沿的表現(xiàn)形成鮮明對(duì)比（成功率：40-60%）。

參考文獻(xiàn)：Wei, Lin, et al. "Cov_DOX: a method for structure prediction of covalent protein–ligand bindings." Journal of Medicinal Chemistry 65.7 (2022): 5528-5538.原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jmedchem.1c02007

4.PCCP：用增強(qiáng)采樣模擬鑒定GTP水解過(guò)程中KRas的功能底物態(tài)

作為主要信號(hào)通路的中心，Ras蛋白由于構(gòu)象和/或催化性質(zhì)的擾動(dòng)而涉及19％的由腫瘤引起的癌癥。盡管進(jìn)行了大量的研究，但最重要的亞型KRas的構(gòu)象亞態(tài)的功能仍然不清楚。在這項(xiàng)工作中，研究者對(duì)GTP水解循環(huán)過(guò)程中KRas在其各種化學(xué)狀態(tài)下的構(gòu)象景觀進(jìn)行了廣泛的模擬分析：底物態(tài)KRasGTP·Mg2+、中間態(tài)KRasGDP·Pi·Mg2+和產(chǎn)物態(tài)KRasGDP·Mg2+。增強(qiáng)采樣模擬的結(jié)果顯示，KRasGTP·Mg2+的狀態(tài)1在溶液中具有多個(gè)穩(wěn)定的亞態(tài)，其中之一可能解釋了與GEFs的相互作用。KRasGTP·Mg2+的狀態(tài)2具有兩個(gè)亞態(tài)“Tyr32in”和“Tyr32out”，分別準(zhǔn)備與效應(yīng)物和GAPs相互作用。對(duì)于中間態(tài)KRasGDP·Pi·Mg2+，發(fā)現(xiàn)Gln61和Pi假定了廣泛的構(gòu)象，這可能解釋了KRas中Gln61突變的弱致癌效應(yīng)，與HRas和NRas的情況相比。最后，產(chǎn)物態(tài)KRasGDP·Mg2+在溶液中具有兩個(gè)以上的穩(wěn)定亞態(tài)，指向一種與GEFs復(fù)合的構(gòu)象選擇機(jī)制?；谶@些結(jié)果，研究者討論了一些針對(duì)GTP水解期間KRas高能量亞態(tài)的結(jié)合位點(diǎn)的特定抑制策略。

參考文獻(xiàn)：Zeng, Juan, et al. "Identification of functional substates of KRas during GTP hydrolysis with enhanced sampling simulations." Physical Chemistry Chemical Physics 24.13 (2022): 7653-7665.

原文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/CP/D2CP00274D

5.Chemical Science：低溫水氣轉(zhuǎn)換反應(yīng)Pt基合金催化劑的合理設(shè)計(jì)：從擴(kuò)展表面到單原子合金

對(duì)于低溫水煤氣變換（LT-WGS）反應(yīng)，基于Pt的催化劑的合理設(shè)計(jì)是一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域，因?yàn)樗诨谌剂想姵氐臍浣?jīng)濟(jì)中扮演著重要角色，特別是在移動(dòng)應(yīng)用中。先前的理論分析表明，Pt合金導(dǎo)致的CO結(jié)合親和力比Pt金屬要弱，可以幫助減輕CO中毒，因此應(yīng)該是LT-WGS反應(yīng)的有希望的催化劑。然而，這方面的實(shí)驗(yàn)研究在過(guò)去的十年中相當(dāng)無(wú)效。在本研究中，研究者采用最先進(jìn)的動(dòng)力學(xué)蒙特卡羅（KMC）模擬來(lái)研究通過(guò)引入亞表面合金和/或核-殼結(jié)構(gòu)的電子效應(yīng)，以及通過(guò)引入單原子合金的協(xié)同效應(yīng)對(duì)Pt合金催化劑的催化性能產(chǎn)生的影響。研究者的KMC模擬強(qiáng)調(diào)了催化劑表面的OH結(jié)合親和力的重要性，以降低水解作為速率決定步驟的勢(shì)壘，而不是傳統(tǒng)的平均場(chǎng)動(dòng)力學(xué)模型中強(qiáng)調(diào)的CO結(jié)合親和力。在這個(gè)催化劑設(shè)計(jì)的新方向上，研究者發(fā)現(xiàn)Pt-Ru的協(xié)同作用，可以顯著增加Pt金屬的活性，導(dǎo)致Ru1-3@Pt合金，其中Ru原子位于Pt基底的一個(gè)表面四面體位置上，顯示出比Pt金屬高五個(gè)數(shù)量級(jí)的周轉(zhuǎn)頻率。

參考文獻(xiàn)：Yang, Yuqi, Tonghao Shen, and Xin Xu. "Towards the rational design of Pt-based alloy catalysts for the low-temperature water-gas shift reaction: from extended surfaces to single atom alloys." Chemical Science 13.21 (2022): 6385-6396.

原文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/SC/D2SC01729F