基于分子动力学的脂肪酶Lipase 5的热稳定性研究

天然的低温脂肪酶往往结构热稳定性比较差,制约了其长时间有效地发挥催化作用及保存.该研究以来源于白色念珠菌(Candida albicans)的低温脂肪酶Lipase 5为对象,运用相关分子动力学方法进行研究,提出了提高其热稳定性的理论策略.首先运用同源建模方法构建目标蛋白的三维结构模型;然后通过18ns分子动力学模拟,锚定目标蛋白不稳定区域中柔性氨基酸(甘氨酸)的位置,并将这些柔性氨基酸位点突变为刚性氨基酸(脯氨酸);最后利用分子动力学模拟来验证这些突变对蛋白质热稳定性的影响.结果发现,将Lipase 5三维结构中的第279位甘氨酸突变为脯氨酸后,使得蛋白质热稳定性增强.这为类似低温脂肪酶的热稳定性改造的实验设计提供了理论支持.     

甘氨酸在纳米碳管中的吸附及性质的分子模拟

采用分子力学、分子动力学方法模拟研究了甘氨酸分子在单壁纳米碳管中的吸附和扩散行为 ,并对甘氨酸分子在纳米碳管中的构象和能量进行了优化 .模拟计算结果表明 ,甘氨酸在纳米碳管中的构象发生了伸缩和扭转 ,这种构象的改变将会导致氨基酸生物性能的改变 ;纳米碳管对氨基酸分子具有较强的吸附作用 ,其中纳米碳管和甘氨酸分子之间的π -π相互作用增加了纳米碳管对氨基酸的吸附能 .模拟过程中氨基酸分子和纳米碳管之间的运动会保持很强的协同效应 ,使模拟体系构型在能量上处于最稳定的状态     

Molecular Dynamics Simulation on Stability of Insulin on Graphene

通过分子动力学模拟研究了胰岛素与不同尺寸石墨烯的相互作用,并比较了固定的石墨烯与不固定的石墨烯对蛋白质吸附行为及动力学的影响. 通过分析胰岛素蛋白在吸附过程中构象与取向的变化和吸附过程的动力学行为证实了石墨烯对胰岛素蛋白的有效吸附. 通过对蛋白质结构的分析发现蛋白质的三级结构在所有的体系中均有不同程度的破坏,而蛋白质二级结构的稳定性则与体系有关,其中非固定的石墨烯因其具有较大柔性而表现出对蛋白质二级结构的破坏具有一定选择性. 同时还发现石墨烯的尺寸对于胰岛素的吸附动力学过程也有较大影响.     

在高压诱导蛋白质变性过程中水产生的压缩对它的影响

实验表明水的压缩系数随着压强的改变会发生变化,这种改变将对高压致蛋白质变性的充分含水动力学模拟结果产生直接影响,然而很多高压变性的分子动力学模拟并没有考虑这一点.在温度为300 K,压强为200 MPa、1000 MPa时,利用GROMACS软件包对两种小蛋白Chignolin和Trpcage进行了总计300ns的分子动力学模拟,模拟中考虑了水的压缩系数随压强的改变情况,然后将模拟结果与压缩系数维持在O.1 MPa时的情况进行了比较.结果发现,压缩系数对蛋白质高压变性的影响很大,依据实验数据对不同压强的压缩系数进行调整后,小蛋白Chignolin在高压变性中出现完全去折叠.这为分子动力学模拟研究蛋白质高压变性提供了正确的途径和理论依据.     

碳纳米管内金纳米线的结构与热稳定性

采用分子动力学模拟方法, 研究了填充在(8,8)单壁碳纳米管内的Au纳米线的结构和热稳定性. 研究表明, 经高温退火至室温, Au在碳纳米管内能生成多样而稳定的结构上明显区别于自由状态Au纳米线的壳层螺旋结构Au纳米线, 其螺旋结构会随着温度的变化而转变. 束缚在碳纳米管内的壳层螺旋结构Au纳米线有非常好的热稳定性, 稳定温度高于块体Au晶体的熔化温度. 关键词： 纳米线 碳纳米管 热稳定性 分子动力学模拟     

基于接触数引导的迭代多组独立分子动力学模拟实现配体-蛋白质结合与解离过程

配体的结合与解离过程在蛋白质实现其生物学功能方面非常关键,因此对这些高度动态过程的研究变得非常重要. 尽管已有实验方法可以确定蛋白质-配体复合物的三维结构,但一般仅可获得静态图片. 随着计算机算力的快速提高以及算法的优化,分子动力学模拟在探索配体的结合与解离过程方面具有诸多优势. 然而,当系统变得足够大时,分子动力学模拟的时间和空间尺度成为了巨大的挑战. 本工作提出了一种研究配体-蛋白质结合与解离的增强采样工具,它基于配体和蛋白质之间形成的接触数来引导迭代多组独立分子动力学模拟. 在腺苷酸激酶的模拟结果中,观测到配体的结合和解离过程,而使用传统分子动力学模拟在同一时间尺度下则无法实现这一过程.     

基于接触数引导的迭代多组独立分子动力学模拟实现配体-蛋白质结合与解离过程（英文）

配体的结合与解离过程在蛋白质实现其生物学功能方面非常关键,因此对这些高度动态过程的研究变得非常重要.尽管已有实验方法可以确定蛋白质-配体复合物的三维结构,但一般仅可获得静态图片.随着计算机算力的快速提高以及算法的优化,分子动力学模拟在探索配体的结合与解离过程方面具有诸多优势.然而,当系统变得足够大时,分子动力学模拟的时间和空间尺度成为了巨大的挑战.本工作提出了一种研究配体-蛋白质结合与解离的增强采样工具,它基于配体和蛋白质之间形成的接触数来引导迭代多组独立分子动力学模拟.在腺苷酸激酶的模拟结果中,观测到配体的结合和解离过程,而使用传统分子动力学模拟在同一时间尺度下则无法实现这一过程.     

模拟研究碳纳米管的热稳定性质

运用分子动力学方法具体模拟研究单个碳纳米管（CNTs）在加热过程中的结构变化．选择多组不同结构的单壁碳纳米管（SWCNTs）和双壁碳纳米管（DWCNTs）作为研究对象,加热温度从室温开始到4000 K,压强保持为1 atm．结果表明单壁碳管中手性型结构热稳定性最好,其次是扶手椅型和锯齿型,当手性角相同时,直径大的热稳定性更高;对于双壁碳管,研究表明当双壁中至少之一为手性结构时其热稳定好,而内外壁均为锯齿结构的稳定性最差,该结果进一步支持了有关单壁碳管的结论;还从理论上探索了描述结构热稳定性的方式,并在键层 关键词： 单壁碳纳米管 双壁碳纳米管 分子动力学方法 热稳定性能     

地黄梓醇和乙酰胆碱酯酶作用的分子动力学模拟

梓醇能有效的的改善阿茨海默尔症状,但与乙酰胆碱酯酶(Acetylcholinesterase,AchE)作用的分子机制尚不明晰.本文运用分子动力学模拟、结合自由能的计算和丙氨酸突变扫描的方法研究了两者的结合模式,结果表明:梓醇结合位点为乙酰胆碱酯酶的催化活性中心,并形成3个氢键,结合自由能为-60.59 k J/mol,结合的主要驱动力是范德华力和静电作用力,主要抑制力是极性溶剂化能,Tyr151和Gln176是两者结合的关键氨基酸.这些研究为开发高效的Ach E梓醇类似物抑制剂提供理论支持.     

脱氧核糖核酸柔性的分子动力学模拟:Amber bsc1和bsc0力场的对比研究

脱氧核糖核酸(DNA)的结构柔性对DNA生物功能的实现具有重要作用,全原子分子动力学模拟是一种研究DNA结构柔性的重要方法.DNA的分子动力学力场在Amber bsc0基础上有了进一步的发展,即Amber bsc1.本文采用基于最新bsc1力场和先前bsc0力场的分子动力学模拟对DNA的宏观柔性和微观柔性进行对比研究,发现力场的改进对DNA宏观柔性参量的预测有一定改善,即所预测的拉伸模量和扭转-伸缩耦合比与实验值更为接近,而弯曲持久长度和扭转持久长度两种力场结果皆与实验值一致.微观分析发现,除了滑移量稍变大,bsc1力场得到的微观结构参量如扭转角和倾斜角与实验值更为接近,且新力场下DNA宏观柔性的改善与DNA的微观结构参量及其涨落紧密相关.     

Au-Pd共晶纳米粒子熔化行为的分子动力学研究

采用分子动力学方法结合嵌入原子势, 对Au-Pd共晶纳米粒子的热稳定性进行了模拟研究. 计算结果表明: Au-Pd纳米粒子的熔点明显高于Au单质纳米粒子而低于Pd纳米粒子. 通过计算Lindemann指数发现Au-Pd共晶纳米粒子中的Au原子首先熔化, 然后带动Pd原子的熔化; 熔化所经历的温度区间明显要宽于单质纳米粒子.     

Pt-Au核-壳结构纳米粒子热稳定性的分子动力学研究

采用分子动力学方法结合嵌入原子势, 对Pt-Au核-壳纳米粒子的热稳定性进行了研究. 计算结果表明: Pt-Au纳米粒子的熔点明显高于Au纳米粒子而低于Pt纳米粒子. 通过计算Lindemann指数发现: 壳层中的Au首先熔化, 然后逐渐向内部扩展, 最终导致核中的Pt完全熔化; 熔化所经历的温度区间明显宽于单质纳米粒子, 而且该熔化过程呈现典型的两阶段熔化特征; 在两次熔化之间, 存在着固(核)液(壳)共存的结构. 关键词： 纳米粒子 熔化 分子动力学     

On the Thermal Stability of Some Quasi-Fullerenes

Physics of the Solid State - The thermal stability of recently predicted quasi-fullerenes С20, С42, С48, and С60 is studied by the method of molecular dynamics. The routes...     

碳纳米管封装Si20团簇的热稳定性研究

用分子动力学方法模拟一种特殊结构Si20 (表面异构的硅十二面体结构)填充到不同管径的扶手椅型碳纳米管中组成复合结构的热稳定性。通过能量分析和定量统计缺陷多边形数量等方法来研究这种结构在碳纳米管中的稳定性和结构演变情况。研究发现Si20的热稳定性和碳纳米管的直径关系密切;其在CNT(15, 15)中的热稳定性最好,当管径逐渐增加时,其热稳定性呈下降趋势;直至管径增加到CNT(21, 21),碳纳米管对Si20的空间限制作用变得很小,以至于不足以维持Si20的稳定。此外,Si原子因热振动替换碳纳米管中C原子而形成十二边形缺陷,这对碳纳米管的热稳定性有着明显的降低作用。     

Thermal Stability of Carbinofullerenes C38, C62, and C64

Physics of the Solid State - The thermal stability of recently predicted carbinofullerenes C38, C62, and C64 was examined using the molecular dynamics method. Their decomposition channels and...     

Covalent functionalization of multi-walled carbon nanotubes by lipase

Lipase from Candida rugosa was covalently anchored onto acid-treated multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) through a self-catalytic mechanism. A variety of characterization techniques including FTIR, Raman spectroscopy, and XPS were employed to demonstrate the formation of the ester linkage between lipase and MWNTs. The MWNTs-lipase biocomposites showed significantly increased solubility in some common-used organic solvents, such as THF, DMF and chloroform. This study may offer a novel and facile route for covalent modification of carbon nanotubes, and expand the potential utilization of both lipases and MWNTs in the fields of biocatalyst and biosensor.     

Regulation of catalytic behaviour of hydrolases through interactions with functionalized carbon-based nanomaterials

The interaction of enzymes with carbon-based nanomaterials (CBNs) is crucial for the function of biomolecules and therefore for the design and development of effective nanobiocatalytic systems. In this study, the effect of functionalized CBNs, such as graphene oxide (GO) and multi-wall carbon nanotubes (CNTs), on the catalytic behaviour of various hydrolases of biotechnological interest was monitored and the interactions between CBNs and proteins were investigated. The enzyme–nanomaterial interactions significantly affect the catalytic behaviour of enzymes, resulting in an increase up to 60 % of the catalytic efficiency of lipases and a decrease up to 30 % of the esterase. Moreover, the use of CNTs and GO derivatives, especially those that are amine-functionalized, led to increased thermal stability of most the hydrolases tested. Fluorescence and circular dichroism studies indicated that the altered catalytic behaviour of enzymes in the presence of CBNs arises from specific enzyme–nanomaterial interactions, which can lead to significant conformational changes. In the case of lipases, the conformational changes led to a more active and rigid structure, while in the case of esterases this led to destabilization and unfolding. Kinetic and spectroscopic studies indicated that the extent of the interactions between CBNs and hydrolases can be mainly controlled by the functionalization of nanomaterials than by their geometry.     

$lt;i$gt;α$lt;/i$gt;-碳锗炔稳定性及性质模拟

采用以量子力学为基础的半经验计算方法–自洽和环境依赖的原子轨道线性理论,预测了类α-石墨炔的碳锗炔结构. 研究了α-碳锗炔的稳定结构、电子结构以及热力学稳定性,得到其最稳定的构型是Ge原子在六元环的六个顶角处,晶格常数为8.686 Å的六角原胞构成的单层平面蜂窝状结构. 该结构是带隙为1.078 eV的半导体. α-碳锗炔在很高的温度下都可以保持稳定,直到2280 K时其长程有序态才被破坏,当体系低于此温度时,可以通过降温使其恢复到零温时的稳定平面结构. 关键词： α-石墨炔')" href="#">α-石墨炔 α-碳锗炔')" href="#">α-碳锗炔 分子动力学模拟 热稳定性     

Hot droplet stability

Properties of heated droplets are studied on an example of the thermal explosion of noble gas atomic clusters, simulated by employing the classical molecular dynamics. Sharp change in the droplet stability at temperatures corresponding to the respective critical isentrope is shown on the basis of the analysis of the largest fragment size.