本报告利用量子化学，分子力学，组合的量子力学与分子力学(QM/MM)等理论方法研究了鸟嘌呤四聚体，碱金属离子与鸟嘌呤复合物溶剂效应，寡聚酰胺分子的光谱性质，以及光合反应中心质子转移机理等一系列在生物体系中具有重要意义的课题，为探索相关体系的化学行为和进一步的实验研究提供理论依据。主要结果包括以下几个方面： 1.在HF/6-31G**和B3LYP/6-31G**水平下对鸟嘌呤四聚体的不同构象进行了研究。计算结果表明在B3LYP/6-31G**水平下存在四种不同构象的鸟嘌呤四聚体，而在HF方法下只有一种异构体，即碱基间通过分权氢键相结合而得到的四聚体。这表明缺乏电子相关效应的HF方法在处理此类体系上存在着局限。对B3LYP方法下得到的几种异构体的几何及能量分析表明，通过分权氢键相结合的异构体gi的稳定性较差，而其它三种异构体的结合能较为接近。另外，碱金属离子的引入可以有效的稳定鸟嘌呤四聚体，其中具有较小半径的钠离子与鸟嘌呤四聚体结合更为紧密，而钾离子倾向于在嘌呤环平面外与四聚体相结合。 2.通过分子力学及分子动力学方法研究了三乙烯四胺(TETA)与鸟嘌呤四链体的相互作用。研究结果表明，TETA与可以通过插入鸟嘌呤四链体的沟区来稳定其结构，而且与不同沟区及不同构象结合能力存在差别。对于d(TTAGGG)序列，TETA与反平行结构的结合能要大于对应的平行结构的结合能。这些结果解释了实验中存在的现象并对药物设计中筛选不同分子，选择性识别并稳定不同构象的鸟嘌呤四链体提供了有价值的参考信息。 3.利用HF和B3LYP方法在6-31G(d，p)水平下研究了溶剂水分子对碱金属离子(N+，K+)与鸟嘌呤复合物结构和稳定性的影响。计算结果表明随着水分子数目的增加，鸟嘌呤与碱金属的相互作用逐渐减弱，但水分子在鸟嘌呤一侧形成的氢键对碱基与金属离子相互作用的影响较小。水分子对于鸟嘌呤与碱金属复合物的影响主要来自于嵌入O6-M键和N7-M键之间并破坏碱金属离子与鸟嘌呤之间的配位，而且钠离子与鸟嘌呤之间的相互作用更容易受到溶剂分子的影响。此外，利用有效片段势(EFP)方法模拟更多的溶剂分子得到了同样的结果，几种QM/MM方法的对比表明EFP方法能够更为准确的描述含有金属离子的体系。 4.利用ZINDO，时间相关密度泛函(TDDFT)及组态相互作用(CIS)等方法，对寡聚酰胺及其二聚体结构光谱性质做了系统研究。研究结果表明共轭吡咯环的增加有利于电子在体系内的共轭，并增强基态到第一激发态的π→π*跃迁，而碳链部分对前线分子轨道的组成贡献很少。寡聚酰胺通过分子间氢键而形成的二聚体在几何和能量上都不占优势，而通过芳香堆砌形成的反平行结构相对更为合理。两种二聚体都会导致吸收光谱的蓝移，另外寡聚酰胺中吡咯环通过酰胺键的旋转而产生的异构体同样也会导致吸收光谱向短波方向移动。不同的计算方法比较表明，在寻找最低能量几何方面HF方法比B3LYP方法更适用于激发态的计算。 5.应用GAMESS中的EFP(EffectiveFragmentPotential)模型与Tinker程序包中分子力场相结合而发展的QM/MM方法，对紫色细菌Rps.viridis光合反应中心内电子及质子转移到泛醌分子的机理进行了理论研究。在计算模型的构建上，选取泛醌分子QB及其周围的蛋白质分子作为研究对象，将醌分子及其附近可能对电子及质子转移起关键作用的氨基酸残基置于QM区，而距离相对较远但对质子及电子传递可能有一定影响的残基放入MM区考虑。体系中QM区分子利用GAMESS程序的HF/3-21G方法计算，而MM区的蛋白质残基被分解为有效片段单元，这些单元之间的相互作用通过Tinker程序包中的Amber力场来处理。计算结果表明，在QB分子得到第一个电子后，将首先结合一个质子形成半氢醌，然后才能进行第二步的电子转移及随后的质子转移反应，在这个过程中，组氨酸His-L190在质子转移过程中起到重要作用，而另外两个距离QB分子较近的残基丝氨酸Ser-L223及谷氨酸Glu-L212则不参与质子转移反应。这就在理论上为质子的主要传递路径指认提供了依据。