两种微生物源谷氨酰胺转氨酶与底物特异性识别的全原子动力学模拟研究

微生物源谷氨酰胺转氨酶(Transglutaminase, TGase)能够催化蛋白间氨酰基转移促进蛋白交联,已经广泛应用于食品、轻工等多种领域.然而目前微生物源TGase与底物间基于长程作用力的分子特异性识别机制仍不清楚,理性改造困难.本研究以源自高茂源链霉菌(MTG)和源自枯草芽孢杆菌(BTG)的两种TGase为研究对象,使用分子对接技术构建酶与底物的结合复合体并使用分子动力学模拟解析两种TGase与底物识别的分子机制.结果显示两种TGase在底物识别过程高度类似,均由催化腔外周loop区域氨基酸残基通过范德华及静电作用固定底物整体,而后由位于催化腔底部催化三联体内Asp(MTG)或Glu(BTG)通过羧基侧链稳定反应发生局部空间构象并拉近底物Gln内γ-酰胺基与核心催化残基Cys间距,以便后续反应过程中TGase-底物中间体的生成.上述结果阐明了TGase与底物活性基团的分子识别模式,提出了两种TGase内作用于底物识别的氨基酸残基,为以后TGase的理性改造研究提供了理论基础.     

水中ClF的分子动力学模拟:液体中的卤键作用

Does the halogen bonding interaction co-exist in liquid when it competes with the hydrogen bonding interaction? The classical molecular dynamics simulations for the solvation properties of ClF molecule in water are performed with the Lennard-Jones plus Coulomb electrostatic potential parameters that are optimized with ab initio interaction energy calculations for the pre-reactive H₂O…ClF complex. We find that the halogen bonding interactions occur between O and Cl atoms and have the comparable strength and population with respect to the hydrogen bonding interactions of Cl…H.     

分子链间距离对于卟啉侧链聚合物稳态及瞬态发光性能的影响

采用荧光光谱技术,测量了一种卟啉侧链聚合物:卟啉丙烯酸酯-苯乙烯共聚物(P[(por)A-S])的稳态和瞬态的发光性能.通过将聚合物P[(por)A-S]掺杂到有机玻璃(PMMA)中,研究了链间距离对于P[(por)A-S]发光性能的影响.结果表明:随着聚合物分子浓度增大,即链间距离减小,导致卟啉侧链基团之间的相互间作用增加,使其激发态无辐射跃迁几率增加,聚合物荧光强度减弱,激发态寿命缩短.讨论了上述过程产生的原因.     

p53-MDM2相互作用的分子力学和动力学研究

p53-MDM2相互作用的抑制已经成为治疗癌症的新方法. 本文将分子动力学模拟和MM-PBSA(molecular mechanics/passion-Boltzman surface area)方法结合起来研究MDM2-p53相互作用机制. 结果证明范德华相互作用驱动了MDM2与p53的结合. 基于残基-残基相互作用的计算不仅证明p53的三个残基Phe19′, Trp23′和Leu26′与MDM2有较强的相互作用,而且还发现另外两个残基Leu22′和Pro27′也与MDM2有较强的相互作用,这为抗癌药物的设计提供了新靶标. 同时也证明CH-CH,CH-π和π-π相互作用驱动了p53在MDM2疏水性裂缝中的结合.     

p53-MDM2相互作用的分子力学和动力学研究

p53-MDM2相互作用的抑制已经成为治疗癌症的新方法.本文特分子动力学模拟和MM-PBSA(molecular mechanics/passion-Boltzman surface area)方法结合起来研究MDM2-p53相互作用机制.结果证明范德华相互作用驱动了MDM2与p53的结合.基于残基-残基相互作用的计算不仅证明p53的三个残基Phe19’,Trp23’和Leu26’与MDM2有较强的相互作用,而且还发现另外两个残基Leu22’和Pro27’也与MDM2有较强的相互作用,这为抗癌药物的设计提供了新靶标.同时也证明CH-CH,CH-π和π-π相互作用驱动了p53在MDM2疏水性裂缝中的结合.     

全原子分子动力学模拟研究丙氨酸二肽水溶液的结构和氢键作用

采用全原子分子动力学模拟研究了丙氨酸二肽分子在水溶液中的结构和氢键作用。径向分布函数和氢键统计用于分子动力学模拟的分析。从径向分布函数（RDF）发现不同类型的强氢键显示出不同的形成能力,而体系中的C−H•••O弱相互作用较为明显,也不能忽略。氢键统计分析的结果也证实了这一点。分子内距离、回转半径和骨架二面角用于表征丙氨酸二肽分子在水溶液中的构象变化。丙氨酸二肽分子在水溶液中的柔顺性较好,构象在折叠和伸展之间相互转换。     

聚二甲基硅氧烷/白炭黑体系的分子模拟

用COMPASS分子力场的方法对聚二甲基硅氧烷(PDMS)分子链以及它们同白炭黑(SiO2)、改性SiO2粒子表面相互作用的分子体系进行了计算机模拟,得到了体系能量变化与PDMS分子链中Si原子移动距离的关系曲线,分析了产生和影响体系力学性能的化学过程本质,预测了宏观PDMS/SiO2体系的拉伸行为.     

钴超分子络合物中的氢键相互作用—59Co核磁共振研究及分子模拟

钴超分子络合物[12]aneN₄[Co(CN)₆], [18]aneN₆[Co(CN)_6^], [24] aneN₈[Co(CN)₆], [16] aneN₄[Co(CN)₆], [24] aneN₆[Co(CN)₆]以及[32] aneN₈[Co(CN)₆]中, 氢键相互作用的程度与它们在水溶液中的构象密切相关, 从而引起⁵⁹Co的化学位移向高场移动, 并且其四极矩耦合作用也随构象发生了变化. 实验证明, 络合物中的氢键越强, 化学位移越向高场移动, 四极矩耦合作用也越大. 另一方面, 尺寸大的超分子具有较长的分子转动相关时间,也导致⁵⁹Co具有较短的纵向弛豫时间. 简而言之,⁵⁹Co核磁共振不仅在小分子甚至在超分子络合物中都可以用作理想的探针研究分子的次层或弱相互作用.     

HIV-1蛋白酶与抑制剂BEG相互作用的分子对接计算研究

本文使用分子对接方法和MM/PBSA方法计算抑制剂BEG与HIV-1蛋白酶的结合自由能,结果表明范德华相互作用主宰了BEG与HIV-1蛋白酶的结合,同时计算还证明分子对接采用的分子力场相比于Amber力场更适合于BEG-HIV蛋白酶系统。这篇论文还采用基于残基的自由能分解方法计算了抑制剂-残基相互作用,结果表明残基Leu23、Gly49、Ile50、Val82、Ile84、Asp25′、Gly27′、Ala28′、Gly49′、Ile50′和Ile84′与BEG产生了较强的相互作用,同时也证明CH-π和CH-O相互作用驱动了抑制剂BEG与HIV-1蛋白酶的结合。我们期望这个研究能为艾滋病治疗药物的合理化设计提供理论上的指导和实验上的参考。     

TATB分子的结构及分子间相互作用

采用Hartree-Fock方法和密度泛函BPW91方法,对TATB双分子系统的几何结构和能量进行了优化和计算,得到双分子共平面的平衡结构.结果表明在TATB分子内部H和O之间存在着明显的氢键.分子之间的相互作用使TATB分子的对称性下降.一般地,没有充分计入分子之间的相互作用的影响时,计算得到的C-N键长比实验测得值大,而计算得到的C-C键长比实验测得值小.计算并讨论了TATB分子之间的相互作用能,表明TATB分子形成晶体结构时,应当以层状晶体结构最为稳定.     

Relaxation dynamics and power spectra of liquid water: a molecular dynamics simulation study

We present molecular dynamics simulations of liquid water at normal and supercooled conditions. Autocorrelation functions (ACFs) of several structural quantities and their fourier transforms are obtained and analysed. Structural correlations and relaxation times increase linearly with degree of supercooling. Power spectra of ACFs show increase in librational motion of liquid water with cooling. These modes intensify with supercooling because of structuring and ordering of water molecules. Overall, liquid water structure is homogenous over the temperatures and pressures studied and undergoes fluctuation–dissipation in its local-density variations [English and Tse, Phys. Rev. Lett. 106, 037801 (2011)].     

Langmuir-Blodgett膜摩擦分子动力学模拟和机理研究

采用分子动力学方法,模拟了在两块石英基板上由脂肪酸(C₁₅H₃₁COOH)组成的单层Langmuir-Blodgett (LB)膜间的摩擦特性,探究了超薄膜在滑动过程中的摩擦和结构机理.得出对于单层LB膜在滑动过程中,在速度小于60m/s时,随着速度的增大,其剪切压增大;在速度大于60 m/s时,剪切压随速度的增加而减小.其链的倾斜角随着滑动速度的增加而减小.单层膜内的分子之间以氢键方式形成了较大的分子簇,由此导致了剪切压呈现较长的周期性,但在单层膜之间无氢键形 关键词： 分子动力学模拟 朗缪尔布洛杰特膜 纳米摩擦 氢键     

金属Ni纳米线凝固行为的分子动力学模拟

采用EAM镶嵌原子作用势，通过经典的分子动力学模拟方法研究了不同冷却速度下的金属Ni纳米线的凝固行为，并给出了纳米线在凝固区域的结构演变过程.利用键对分析技术研究了在不同冷却速度下体系中的原子团簇在降温过程中的变化情况.研究表明，纳米线的凝固起始于表面原子，并且随着冷却速度的降低，Ni纳米线的微观结构从非晶态过渡到多壳螺旋结构，最终达到稳定的面心立方结构.多壳螺旋结构同时具有确定的结晶温度和长程无序、短程有序的非晶结构的特征. 关键词： 纳米线 凝固行为 分子动力学 键对分析     

碳纳米管从硅基板上剥离的拉伸分子动力学模拟研究

采用拉伸分子动力学方法研究了单壁碳纳米管(8, 8)在室温下从硅基板上被剥离的过程.当碳纳米管(CNT)在硅基底上被剥离时, 剥离距离和理想弹簧所测平均剥离力之间呈现一定规律的关系曲线,并出现了较大的正、负峰值. 比较了不同剥离速度下的平均剥离力,并拟合了其峰值与速度的关系. 拉伸分子动力学模拟结果显示,所需剥离力的最大值与速度之间呈现一定的线性关系, 模拟结果同生物物理学上类似的剥离实验结果符合较好,但相比于高分子, CNT和硅(Si)组成的界面吸附性能更强.讨论了碳纳米管长度、 半径及缺陷对剥离过程的影响,研究表明:所需最大的剥离力与CNT的长度无关, 但随CNT半径的增加,需要的最大剥离力线性增加; 5-7-7-5缺陷对剥离力最大值影响较小,而半径变化缺陷会削减最大剥离力. 在原子尺度对未来的试验进行了理论预测,为碳纳米管在硅微电子工业中的应用提供了理论基础.     

Structure and dynamics of ordered water in a thick nanofilm on ionic surfaces

The structure and dynamics of water in a thick film on an ionic surface are studied by molecular dynamic simulations. We find that there is a dense monolayer of water molecules in the vicinity of the surface. Water molecules within this layer not only show an upright hydrogen-down orientation, but also an upright hydrogen-up orientation. Thus, water molecules in this layer can form hydrogen bonds with water molecules in the next layer. Therefore, the two-dimensional hydrogen bond network of the first layer is disrupted, mainly due to the O atoms in this layer, which are affected by the next layer and are unstable. Moreover, these water molecules exhibit delayed dynamic behavior with relatively long residence time compared with those bulk-like molecules in the other layers. Our study should be helpful to further understand the influence of water film thickness on the interfacial water at the solid-liquid interface.     

低密度Ar熔化及结晶的分子动力学模拟

采用有位移力的ＬｅｎｎａｒｄＪｏｎｅｓ（１２－６）势对微正则系综下低密度Ａｒ系统（简约数密度为ρ＝０．８５）的一级相变过程进行了细致的分子动力学模拟,发现Ａｒ系统的熔化过程是原子的崩塌过程,结晶过程和理想的完整晶体不同,是一活化过程：形核长大过程随温度的降低进行,原来均匀分布在系统中的自由体积呈集中分布,由此系统达到了更稳定的结晶状态。     

模拟盒参数对汽液体系模拟过程的影响

为探讨模拟盒参数对分子动力学模拟影响这个长期被忽略的问题,采用Verlet-List搜寻法和Leapfrog差分算法,对分子数目为1000的汽液共存体系进行分子动力学模拟,得到了系统温度为100K时,汽液两相密度、表面张力随系统切片数、汽相空间尺寸、液膜厚度以及步长等模拟盒参数的变化情况.研究结果表明,系统切片数不会影响表面张力及两相密度;体系z轴无量纲长度为60时,模拟值与实验值吻合较好;液膜无量纲厚度达到13以后,液相密度将趋于稳定,两侧界面分子不会相互影响;分子动力学步长不影响平衡后的系统密度,但对表面张力的计算影响较明显.     

丝氨酸蛋白酶中催化三元组内氢键的作用

为了探究丝氨酸蛋白酶催化效率的来源,本文分别研究了丝氨酸酶催化水解多肽CI2、MCTI-A和六肽(SUB)的过程中催化三元组内的氢键所起的作用. 首先采用QM/MM-MD方法计算了在酶-底物复合物和过渡态下组氨酸和天冬氨酸之间质子转移的自由能曲线. 结果表明低能垒氢键仅在CI2酰化反应的过渡态区域形成,而在MCTI-A和SUB酰化反应中均是正常氢键. 与MCTI-A相比,CI2和SUB体系中氢键强度在过渡态时显著增强,因此相应的酰化反应能垒明显降低. 过渡态区域形成的低能垒氢键显然有助于加速酰化反应,同时研究也表明正常氢键也有可能降低能垒. 氢键降低能垒的关键则在于过渡态下氢键强度的增加程度,而不是其是否生成了低能垒氢键. 本文为研究催化三元组间的氢键在丝氨酸蛋白酶中的作用提供了新思路,并有助于理解丝氨酸蛋白酶中催化三元组的催化机制.     

铜原子纳米团簇热力学性质的分子动力学模拟研究

利用分子动力学模拟方法,研究了CuN(N=80,140,216,312,408,500,628和736)纳米团簇在热化和冷凝过程中结构和热力学性质的变化,模型采用的是Johnson的EAM作用势.模拟结果表明:铜团簇的熔点和凝固点随其尺寸线性增加,并逐渐向大块晶体靠拢;所有团簇的凝固点都低于熔点,出现凝固过程中的滞后现象;在熔点和凝固点附近,团簇都具有负热容特性,负热容是由相变前后团簇内部结构突变引起的.