蛋白质分子电子结构的第一性原理从头计算

蛋白质分子电子结构的计算对生命科学和计算机药物设计有重要的科学意义和应用价值 ,但对计算方法和计算机也是巨大的挑战。团簇埋入自洽计算法是近年来发展起来的“第一性原理”、从头计算法。它采用局域化无相互作用单电子模型 ,结合“分块 合拢”技术 ,使计算量大大减少。最近 ,应用该方法 ,对一个真实蛋白质分子 (南瓜种子中的胰蛋白酶抑止因子CMTI I)电子结构的首次“第一性原理”、全电子、全势场、从头计算获得成功。表明生物大分子电子结构的计算在现有计算机条件下已成为现实 ,使从本质上揭开生命奥秘成为可能。本文介绍了上述计算的基本理论、方法和结果。     

在三通道α-螺旋蛋白质中传递生物能量的孤子的特性

用庞小峰先生提出的生物能量传递的新理论和 Runge-Kutta数值模拟方法,研究了三通道α-螺旋蛋白质中激发的孤子的动力学特性,求出在0K和300K温度下该孤子稳定地沿蛋白质链传递.由此可见,它能担任在蛋白质分子中传递生物能量的功能.从而再次证实了新理论的可利用性.     

低能电子与氮分子碰撞振动激发动量迁移截面的研究

采用作者改进的振动密耦合方法和基于量子力学从头计算的静电势、交换势、相关极化势,研究了低能电子与N₂振动激发散射动量迁移截面. 计算结果与试验符合较好. 关键词： 动量迁移截面 低能电子 分子碰撞 振动激发     

蛋白质分子核磁共振谱峰的特性及其化学位移归属

尽可能完全、准确地归属蛋白质分子的核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance,NMR）谱峰,是解析可信赖、高质量的蛋白质三维空间溶液结构的首要条件．自动归属软件的开发和应用,已经方便并加快了蛋白质分子核磁共振谱峰的归属进程．然而,对蛋白质核磁共振研究领域的新手来说,因为缺乏对蛋白质分子的核磁共振谱峰特性的系统认识而可能发生对自动归属结果的错误指认或指认不完全,从而导致蛋白质结构解析的错误或偏差．该文针对蛋白质分子中的核磁共振谱峰特性,比如同位素效应和立体异构等,结合具体的蛋白质分子的核磁共振实验图谱,进行了较为详尽的论述,期望对从事蛋白质核磁共振的研究者在理解蛋白质分子的核磁共振谱峰特性及其归属方面有所裨益．     

阿特拉津与蛋白质结合反应及其在测定蛋白质中的应用

用共振光散射光谱(RLS)和紫外-可见电子吸收光谱研究了阿特拉津与牛血清蛋白(BSA)之间的相互作用。研究表明,在酸性条件下,阿特拉津与牛血清蛋白依靠范德华力和N/O—H…π氢键生成结合物,从而使阿特拉津的紫外吸收有整体红移的趋势,并且产生强烈的共振散射光增强现象。共振光散射光谱特征和强度与溶液的pH、阿特拉津的浓度、反应温度等有关。在优化的实验条件下, 阿特拉津与牛血清蛋白体系的共振光散射强度与牛血清蛋白的浓度呈线性关系, 据此建立了一种简单、灵敏测定牛血清蛋白的新方法。 该方法的检出限(3σ)为12 ng·mL-1,线性范围为0.05～100 μg·mL-1。该法用于人工混合样品中牛血清蛋白的测定,取得了令人满意的结果。     

Ni27+离子Ka和Kβ型衰变的双电子复合速率系数的计算

用HFR波函数对低密度类氢Ni27+等离子体与电子相互作用的KLn和KMn共振激发的双电子复合过程进行了细致的理论计算研究.根据可能的重要辐射衰变通道,分析了Ni27+等离子体Ka型和Kβ型辐射衰变的双电子复合速率系数随旁观电子主量子数n和轨道角动量量子数1与电子温度的变化行为,计算了Ni27+等离子体双电子复合过程的总速率系数.研究结果表明,在低密度条件下,Ka型和Kβ型辐射衰变的分支双电子复合速率系数与旁观电子主量子数n和轨道角动量量子数1有重要关系,前者的分支速率系数远大于后者.     

类铜离子的电子碰撞参数及其规律

用准相对论扭曲波方法系统地计算了Ｂａ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｙｂ、Ａｕ、Ｐｂ类铜离子组态能级之间的电子碰撞激发强度Ω（ｎｌ－ｎｌ），３≤ｎ≤７，４≤ｎ≤７，同时给出了高能极限的碰撞强度和外推到阈值的碰撞强度，用最小二乘样条方法拟合了全能域碰撞强度及热平均速率系数。对于一个激发过程，用１０个参数可以得到碰撞电子在任意能量下的碰撞强度以及任意温度下的速率系数。     

非天然氨基酸在蛋白质动态特性核磁共振研究中的应用

核磁共振（NMR）是蛋白质结构解析的主要方法之一.除可获得蛋白质的高分辨结构外,NMR还可用于观测最接近生理条件的蛋白质动态构象,获得蛋白质行使生物学功能的详细机制.非天然氨基酸定点标记方法可显著减少大分子量蛋白质的信号数目,降低数据采集和分析难度,已广泛运用于蛋白质结构和功能研究.本文介绍了常用的在蛋白质中引入非天然氨基酸的实验方法,包括蛋白质化学合成法、蛋白质化学修饰法、氟代芳香族氨基酸插入和基因密码子编辑的位点特异性插入等方法,并介绍了部分应用非天然氨基酸结合NMR研究大分子量蛋白的成功案例.此外,此篇综述讨论了目前非天然氨基酸标记在蛋白质研究中的局限性及发展方向.     

铅在铁路岩石边坡创面人工土壤中的迁移特性研究

山区大规模的铁路建设产生了大量的岩石边坡,前期研究表明边坡创面人工土壤受Pb污染,且有中等程度的富集。土壤类型、植被搭配类型是影响Pb迁移特性的重要因素,而目前却未见人工土壤及植被搭配类型对Pb迁移特性影响的相关报道。该研究以铁路岩石边坡创面人工土壤为对象,利用原子吸收分光光度法、红外光谱法分析了人工土壤对Pb的吸附-解吸特性及机制;运用野外人工模拟降雨实验,进一步考察在暴雨径流作用下,Pb在不同植被搭配类型的边坡人工土壤中的迁移过程。结果表明人工土壤对Pb的吸附量随着溶液平衡浓度的增加而急速增加,等温曲线呈“S”型,Freundlich方程能较好地描述人工土壤对Pb的吸附行为,R2为0.91。二次幂函数方程能较好描述NH₄AC对铅的解吸过程,R2为0.96。人工土壤有高岭石红外光谱特征吸收峰,属于高岭石型图谱。高岭石表面-OH、腐殖质表面-OH和-COOH参与吸附作用,置换出H+。人工土壤易将交通运输产生的Pb固定,但又容易再次释放。不同植被搭配类型边坡Pb流失量表现为草本＞草本+灌木＞草本+灌木+乔木。暴雨径流作用下Pb随沉积物相流失是边坡创面人工土壤Pb流失的主体,边坡土壤的侵蚀是导致Pb迁移扩散的主要原因,因此促进边坡植被的恢复,减小边坡人工土壤的侵蚀作用是防止Pb迁移扩散的关键。     

电子显微学进展及其在材料科学中的应用

文章简要介绍了高分辨电子显微学方法和电子能量损失谱的进展.文中特别指出,随着电子显微技术的发展,原子分辨电子显微图像对结构问题的深入研究有重要作用.装备有能量单色器的新一代电子显微镜,可以直接给出高能量分辨率的电子能量损失谱(优于 0.1eV).这些先进技术方法的应用,推动了晶体结构学、材料科学、物理学、纳米科学及生命科学的发展,也为解决很多重要结构问题奠定了基础.文章重点讨论了几个典型功能材料体系的结构问题：利用大角度会聚束电子衍射技术,分析了应变硅器件中的应变分布;利用原位电子显微技术,研究了新型电子铁电体LuFe2O4电荷序和物理性能的关系;深入探讨了强关联体系中电子关联效应对电子能量损失谱和电子结构的影响.     

蛋白质分子链的非线性激发的孤子模型的一个改进解

通过仔细考察蛋白质分子链中体系运动方程的非线性项,得到了一个与通常非线性Schrdinger方程不同的修正的非线性Schrdinger方程,并求得了一个改进孤子解.     

Thermoelastic properties of helical protein molecules

The effect of stress on the helix-coil transition in a protein or polypeptide is investigated using the methods of statistical mechanics. A case is treated in which the helical sections are regarded as flexible chains withvery long, freely orienting segments and another in which they are considered to be rigid rods. Thermoelastic relations are derived; and it turns out that, depending upon conditions, stress can induce the helix-coil transition in one or another direction or do nothing at all. The most probable situations either involve stress applied to a molecule initially helical, in which case the helix is stabilized, or stress applied to the coil form, in which case transformation to the helical form is induced. The helical form exhibits a very low modulus of elasticity (which we also compute), and it is speculated that preservation of, or transition to, the helical form under stress aids in the protection of living tissue from disruption when subjected to large applied strain. Real tissues involve highly organized or quasirandom networks of protein chains. The results of this analysis suggest that, insofar as the mechanical properties of the networks are concerned, the chains can be treated as quasiharmonic strings whose configurations (weighted by potential energy) can be enumerated in order to include entropy effects in the calculation of the network modulus.Work performed as part of a 1970 summer study project in connection with the Advanced Research Projects Agency Materials Research Council.     

Vibrational control of molecular electron transfer reactions

ABSTRACT

Vibrational motions promote molecular electron transfer (ET) reactions by bringing electron donor and electron acceptor electronic states to fleeting resonance, and by modulating the donor-to-acceptor electronic coupling. The main experimental signature of molecular motion effects on the ET rate is the temperature dependence of the rate, which gives information about the overall free energy activation barrier for the ET reaction. Another approach to probing the vibrational control of ET reactions is to excite specific electron-transfer-active vibrational motions by external infrared (IR) fields. This type of experimental probe is potentially more specific than thermal excitation and recent experiments have shown that molecular ET rates can be perturbed by mode-specific IR driving. We review the theory and experiments of vibrational control of ET rates, and discuss future challenges that need to be tackled in order to achieve the mode-specific tuning of rates.     

光合作用原初过程能量和电荷超快传递过程原理浅析

文章侧重于从物理的角度,介绍光合作用原初过程中能量和电荷超快传递过程的相关物理化学原理,如费米黄金规则,Frster及Dexter传能机制,Marcus电荷转移理论及激子理论.辨析相关原理的适用范围、共性及差异,并力图在上述相关原理的基础上阐述光合膜蛋结构与功能的关系,勾画出该研究方向的基本脉络.     

Dynamics of photoinduced electron transfer in model multiporphyrin ensembles

It is shown by the methods of picosecond fluorescent and femtosecond absorptive spectroscopy that in the nanosize self-assembled complexes based on a Zn-octaethylporphyrin dimer and electron acceptors of different nature (quinone, anthraquinone, pyromellitimide) deactivation of the energy of electron excitation is caused by the nonradiative S-S-energy transfer (for times ≤10 psec) and photoinduced charge transfer (within the range of 300 fsec-700 psec). In tetrads an electron is transferred from a porphyrin extra-ligand to quinone for distances r_DA≈18–21 Å by the “superexchange” mechanism. In triads, the charge transfer from a dimer to a fluorinated porphyrin extra-ligand is efficient at 120-77 K.     

高电荷态Xe离子与He原子碰撞中的电子转移过程研究

采用位置灵敏探测和飞行时间技术研究了高电荷态Xe离子（q=15，17，19，21，23）与He原子碰撞中双电子转移截面与单电子转移截面比随入射离子电荷态的变化规律.提出一步过程假定，对扩展的经典过垒（ECB）模型进行了修正，利用修正模型计算得到的单、双电子转移绝对截面与Andersson等人和Selberg等人的实验结果很好符合，所得截面比与本实验得到的双电子转移截面与单电子俘获截面比较好符合. 关键词： 离子 原子碰撞 电荷转移 一步过程     

超快非均质电子转移的优化控制研究(Ⅱ)

本文用优化控制理论,以分子的基态作为目标态,考虑了在不同条件下,从二萘嵌苯到TiO2超快电子转移的动力学过程.发现在此目标态的作用下,电子经过一个电子激发-回落的过程从分子的基态激发到与半导体导带耦合的第一电子激发态,然后在给定目标态的作用下回落至电子基态,从而实现了较高的目标态产生率.由于二萘嵌苯的电子激发态与半导体导带能级间的强电子转移耦合,这一控制任务较电子激发态为目标态而言,更适合于实验研究.     

异质结中桥分子电子转移的飞秒激光控制研究

以染料分子通过桥分子吸附在半导体表面所组成的异质结为研究对象, 用一维约化振动模型研究了异质结中桥分子电子转移的飞秒激光优化控制过程,分别对单个桥分子和两个并列桥分子连接的异质结系统的电子传输及飞秒激光控制做了仔细的计算和讨论,理论上分析了桥分子的存在对异质结中超快电子转移路径的影响. 关键词： 飞秒激光 优化控制 异质结电子转移     

界面电子转移对量子点荧光闪烁行为的影响

利用激光扫描共聚焦显微系统分别测量了CdSe/ZnS量子点在SiO2玻片表面、铟锡氧化物(ITO)纳米粒子表面和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜表面上的荧光闪烁行为.研究发现,不同界面环境中量子点的亮态发光持续时间的概率密度都服从指数修正的幂律分布P(t)∝t-αexp(-t/μ).与处于SiO2玻片表面的情况相比,在ITO表面上的单量子点具有非常短暂的亮态发光持续时间,而在PMMA表面的单量子点亮态发光持续时间最长.这种荧光闪烁行为的不同主要归因于量子点与三种材料之间的界面电子转移特性.