Name: Gelişmiş QM/MM yöntemi ile Incelenerek Porphycene çift proton transfer sürecinde izotopik etkisi (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-07-19T15:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 51 s
Description: Keşfedin, geliştirilmiş QM/MM yöntemiyle porfisende çift proton transferinde izotopik etkileri. Bu hesaplamalı protokol, deuterium ikamesinin reaksiyon mekanizmalarına etkisini analiz ederek ilaç keşfi araştırmalarına katkı sağlar.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Bu araştırma Çin Ulusal anahtar araştırma ve geliştirme programı tarafından desteklenmektedir (2017YFA0206801, 2018YFA0208600), Jiangsu Eyaleti doğal Bilim Vakfı, ve Çin ulusal doğal bilim vakfı (91645116). L. X, Jiangsu University of Technology 'nin Zhong-Wu özel olarak atanan profesörüdür. Yazarlar Dr. Hao Hu ve Dr. Mingjun Yang 'ın önerilerini kabul eder.

1. yapı modeli
<ol><li>
Porphycene yapı inşa: Açık Gaussview yazılım fareyi çift tıklatın. Sonra tıklayın öğe parçası düğmesini gaussview menüsünde gerekli öğeleri seçmek için. Porphycene inşa. Sonra tıklatın Dosya pdb dosyası olarak kaydetmek için düğme.</li>
	<li>
Modeli Solvate: Solvate porphycene bir kübik TIP3P21 su kutusunda bir kenar uzunluğu Ile 38 Å Linux işletim sisteminde komutu vererek: genbox_d-CP PRP-Vac. pdb-CS spc216. Gro-o solV. pdb-maxsol 1484-Box 3,8.
</li>
	<li>
Döeryum porphycene inşa: Topoloji dosyası oluşturmak için aşağıdaki komutu sorun: CNS < ppi_solv. inp. Sonra vi komutu ile PRP-Wat. PSF açın ve 1,00800 gelen H1 kütlesini değiştirmek 2,01600 bir intramoleküler hidrojen atomu yerine döteryum ile tek döeryum yerine porphycene inşa etmek için.</li>
	<li>
Normal MD simülasyon parametrelerini ayarlayın: Giriş yöntemi scctb, integral 0,5 FSve kesim 12 MD giriş dosyasında VI komutuyla açarak. Not: hem vdW hem de elektrostatik etkileşimleri hesaplamak için 12 Å kesme mesafesini benimseyin. DFTB/MıO yöntemi22ile porphycene molekül simüle. Entegrasyon süresi adımını MD simülasyonları için 0,5 FS olarak ayarlayın. Langevin termostatı ile 300 K 'de simülasyon sisteminin sıcaklığını koruyun. Sonra aşağıdaki adımları izleyerek QM4D yazılımı ile simülasyonları gerçekleştirin.</li>
</ol>2. önceden oturur
<ol><li>
Sıcaklık parametrelerini ayarlayın: Giriş templow 260, temphigh 1100 ve ntemp 160 giriş dosyasında. Not: 260K ile 1100K arasında sıcaklık aralığı QM4D yazılım tarafından MD simülasyonları sırasında sıcaklık noktaları 160 için yayıldı. Şablon giriş dosyaları ek dosyalar'a eklenmiştir.</li>
	<li>
Önceden oturur başlatın: Set runtype 100 ve adım 120.000 giriş dosyasında. Sonra aşağıdaki komutu sorun: $Path/qm4d $INPUTFILE > $OUTPUTFILE. Not: Toplam adım 120.000 ancak belirli gereksinim bağlı olarak ayarlanabilir. MD simülasyonlarında önerilen parametreler $INPUTFILEkaydedilir. Aynı komut aynı zamanda aşağıdaki opt-oturur ve üretim simülasyon adımları, giriş dosyası göre değiştirilmiş olarak kullanılır.</li>
	<li>
Deforme enerjileri hesaplamak
	<ol>
<li>Enerji değişikliklerini ayıklayın: önceden oturduğu aşamada, Şekil 1' de gösterildiği gibi ortalama değerleri hesaplamak için her terimin enerjisini izleyin. Aşağıdaki gibi enerji ayıklamak için grep Linux komutunu kullanın: grep ' oturur-ener0 ' $INPUTFILE | awk ' {a + = $3; b + = $4; c + = $5} End {baskı a/NR, b/nr, c/NR}.</li>
		<li>MD giriş dosyasındaki Ortalama Enerjileri değiştirin: Yukarıdaki komut satırının çıktısını temel alan Ortalama Enerjileri hesaplayın ve vshift0-30801,95; vshift1-26,88; vshift2-13888,28 giriş dosyasında yeni oluşturulan ortalamalar ile değiştirin. Not: Numbers-30801,85,-26,88 ve-13888,28 mevcut model sistemindeki ortalama enerjilerdir. Lütfen belirli sistemlere göre değerleri değiştirin.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. opt-oturur
<ol><li>
Başlat opt-oturur: Set runtype 0 giriş dosyasında. Daha sonra, en iyileştirme adımını başlatmak için 2,2 adımda gösterildiği gibi komutu yazarak QM4D programını başlatın.</li>
	<li>
Enerji değişimlerinin izlenmesi ve nk değerleri.
	<ol>
<li>"Zarafet" programı ile enerji yayılma Plot ve enerji dalgalanması sıcaklık aralığının en düşük ve en yüksek uçları kapsayacak şekilde emin olun.</li>
		<li>Optimizasyon işleminden sonra, opt-oturur adımının son nk değerlerini Bu protokolde nk. dat olarak adlandırılan yeni bir dosyaya kaydedin.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. üretim simülasyonlarını çalıştırma
<ol><li>
Md giriş dosyasını hazırlayın: Üretim simülasyonu adımını başlatmak için yeni giriş dosyasında runtype 1 ' i ayarlayın. Kayıtlı nk dosyasının dosya adını nkfile nk. dat olarak giriş dosyasında belirtin. Saat adımlarının sayısı, mevcut sistemlerde 6.400.000 olarak ayarlandı.</li>
	<li>
ÜRETIM MD simülasyonunu Başlat: MD simülasyonları başlatmak için aşağıdaki komutu sorun: $Path/qm4d $INPUTFILE > $OUTPUTFILE. Not: nk değerlerinin QM4D yazılımı tarafından okunabilir olduğundan emin olun. Simülasyon süresi sistem bağımlıdır, bu nedenle simülasyon adımını belirli taleplere göre değiştirin. Kendi sisteminiz için yeterli simülasyon süresi sağlamak üzere uygun sayıda zaman adımları seçin. Bu adım muhtemelen zaman alıcıdır, bu yüzden yeniden başlatma dosyalarını, üretimi bir kez kesintiye uğrayan bir başlangıçtan yeniden başlatmadan kaçınmak için kaydedin.</li>
</ol>5 veri analizi
<ol><li>
Mesafe değişikliklerini izleme
	<ol>
<li>Üretim aşamasında Bond şekillendirme ve kırma sürecini izleyin, simülasyon süresi boyunca H1-N1 ve H1-N2 mesafe değişikliklerini kontrol etmek için grep komutunu kullanın. H2-N3 ve H2-N4 için aynı işlem yapılabilir. Sonra üretim simülasyonları sırasında birikmiş uzaklık değerini kullanarak uzaklık yayılımını çizin.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Reaksiyon koordinatlarını ayıklama
	<ol>
<li>Grep KOMUTANLıĞı tarafından QM4D tarafından oluşturulan üretim çıkış dosyasından reaksiyon koordinatlarını ve enerji koşullarını ayıklayın: grep ' Dist 1 ' $OUTPUTFILE | awk ' {Print $5} ' > Uzaklık1 şeklindedir; grep ' ener0 ' $OUTPUTFILE > ener0.
</li>
		<li>Verileri dört sütunda düzenleyin: q1, q2, u0 ve U ' (u0 ve u ' çıkış normal enerji ve ağırlıklı enerji), ve her zaman çerçevesindeki veri dosyasına yazın.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Ücretsiz enerji hesaplama
	<ol>
<li>Aşağıdaki komutu vererek ücretsiz enerji hesaplayın: oturur-pmf 300 $INPUTFILE PMF2 [hist_minx hist_maxx num_binsx] [hist_miny hist_maxy num_binsy] > $OUTPUTFILE. Not: oturur-PMF histogram tabanlı analiz yöntemidir. [hist_minx hist_maxx num_binsx] ilk reaksiyon koordinatı için depo gözü sayısını ve aralığını tanımlar. İkinci reaksiyon koordinatları [hist_miny hist_maxy num_binsy] tarafından ayarlanabilir.</li>
		<li>İki boyutlu peyzaj üzerinde ücretsiz enerji proje için aşağıdaki komutu yazın: oturur-pmf 300 H1-2D. dat PMF2-0,6 0,6 24 2,45 4,25 36 > sits-PMF. out. Not: sırasıyla iki seçilen reaksiyon koordinatlarında, q1 ve q2' de uzaklık değişikliklerini kapsayacak şekilde toplam 24 depo gözü ve 36 depo gözü kullanın. Her hidrojen/döeryum için 2B PMF verilerini sits-PMF. out dosyasına kaydedin.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Waluk, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ground-+and+excited-state+tautomerism+in+porphycenes%5BTitle%5D)+AND+%22Accounts+of+Chemical+Research%22%5BJournal%5D)">Ground- and excited-state tautomerism in porphycenes.</a> Accounts of Chemical Research. 39 (12), 945-952 (2006).</li>
<li>Waluk, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spectroscopy+and+tautomerization+studies+of+porphycenes%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Spectroscopy and tautomerization studies of porphycenes.</a> Chemical Reviews. 117 (4), 2447-2480 (2017).</li>
<li>Kozlowski, P. M., Zgierski, M. Z., Baker, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+inner-hydrogen+migration+and+ground-state+structure+of+porphycene%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">The inner-hydrogen migration and ground-state structure of porphycene.</a> The Journal of Chemical Physics. 109 (14), 5905-5913 (1998).</li>
<li>Yoshikawa, T., Sugawara, S., Takayanagi, T., Shiga, M., Tachikawa, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Theoretical+study+on+the+mechanism+of+double+proton+transfer+in+porphycene+by+path-integral+molecular+dynamics+simulations%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Theoretical study on the mechanism of double proton transfer in porphycene by path-integral molecular dynamics simulations.</a> Chemical Physics Letters. 496 (1-3), 14-19 (2010).</li>
<li>Smedarchina, Z., Shibl, M. F., Kühn, O., Fernández-Ramos, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+tautomerization+dynamics+of+porphycene+and+its+isotopomers+-+concerted+versus+stepwise+mechanisms%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">The tautomerization dynamics of porphycene and its isotopomers - concerted versus stepwise mechanisms.</a> Chemical Physics Letters. 436 (4-6), 314-321 (2007).</li>
<li>Wolfsberg, M., Hook, W. A., Paneth, P., Rebelo, L. P. N. Isotope effects. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWolfsberg%2C+M+%22The+Chemical%2C+Geological%2C+and+Bio+Sciences%22">The Chemical, Geological, and Bio Sciences</a>. , Springer. Dordrecht. (2009).</li>
<li>Pietrzak, M., Shibl, M. F., Bröring, M., Kühn, O., Limbach, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((1H%2F2H+NMR+studies+of+geometric+H%2FD+isotope+effects+on+the+coupled+hydrogen+bonds+in+porphycene+derivatives%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">1H/2H NMR studies of geometric H/D isotope effects on the coupled hydrogen bonds in porphycene derivatives.</a> Journal of the American Chemical Society. 129 (2), 296-304 (2007).</li>
<li>Yoshikawa, T., Sugawara, S., Takayanagi, T., Shiga, M., Tachikawa, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantum+tautomerization+in+porphycene+and+its+isotopomers%3A+Path-integral+molecular+dynamics+simulations%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">Quantum tautomerization in porphycene and its isotopomers: Path-integral molecular dynamics simulations.</a> Chemical Physics. 394 (1), 46-51 (2012).</li>
<li>Ladenthin, J. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Force-induced+tautomerization+in+a+single+molecule%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Force-induced tautomerization in a single molecule.</a> Nature Chemistry. 8 (10), 935-940 (2016).</li>
<li>Dellago, C., Bolhuis, P. G., Csajka, F. S., Chandler, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transition+path+sampling+and+the+calculation+of+rate+constants%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">Transition path sampling and the calculation of rate constants.</a> The Journal of Chemical Physics. 108 (5), 1964-1977 (1998).</li>
<li>Bolhuis, P. G., Chandler, D., Dellago, C., Geissler, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transition+path+sampling%3A+Throwing+ropes+over+rough+mountain+passes%2C+in+the+dark%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Physical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Transition path sampling: Throwing ropes over rough mountain passes, in the dark.</a> Annual Review of Physical Chemistry. 53 (1), 291-318 (2002).</li>
<li>Torrie, G. M., Valleau, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nonphysical+sampling+distributions+in+monte+carlo+free-energy+estimation%3A+Umbrella+sampling%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Computational+Physics%22%5BJournal%5D)">Nonphysical sampling distributions in monte carlo free-energy estimation: Umbrella sampling.</a> Journal of Computational Physics. 23 (2), 187-199 (1977).</li>
<li>Kästner, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Umbrella+sampling%5BTitle%5D)+AND+%22Wiley+Interdisciplinary+Reviews%3A+Computational+Molecular+Science%22%5BJournal%5D)">Umbrella sampling.</a> Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Molecular Science. 1 (6), 932-942 (2011).</li>
<li>Gao, Y. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+integrate-over-temperature+approach+for+enhanced+sampling%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">An integrate-over-temperature approach for enhanced sampling.</a> Journal of Chemical Physics. 128 (6), 064105(2008).</li>
<li>Yang, L., Gao, Y. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+selective+integrated+tempering+method%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">A selective integrated tempering method.</a> Journal of Chemical Physics. 131 (21), 214109(2009).</li>
<li>Yang, M., Yang, L., Gao, Y., Hu, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combine+umbrella+sampling+with+integrated+tempering+method+for+efficient+and+accurate+calculation+of+free+energy+changes+of+complex+energy+surface%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">Combine umbrella sampling with integrated tempering method for efficient and accurate calculation of free energy changes of complex energy surface.</a> The Journal of Chemical Physics. 141 (4), 044108(2014).</li>
<li>Yang, Y. I., Zhang, J., Che, X., Yang, L., Gao, Y. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficient+sampling+over+rough+energy+landscapes+with+high+barriers%3A+A+combination+of+metadynamics+with+integrated+tempering+sampling%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">Efficient sampling over rough energy landscapes with high barriers: A combination of metadynamics with integrated tempering sampling.</a> The Journal of Chemical Physics. 144 (9), 094105(2016).</li>
<li>Xie, L., Shen, L., Chen, Z. N., Yang, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficient+free+energy+calculations+by+combining+two+complementary+tempering+sampling+methods%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">Efficient free energy calculations by combining two complementary tempering sampling methods.</a> The Journal of Chemical Physics. 146 (2), 024103(2017).</li>
<li>Xie, L., Cheng, H., Fang, D., Chen, Z. N., Yang, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+QM%2FMM+sampling+for+free+energy+calculation+of+chemical+reactions%3A+A+case+study+of+double+proton+transfer%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">Enhanced QM/MM sampling for free energy calculation of chemical reactions: A case study of double proton transfer.</a> The Journal of Chemical Physics. 150 (4), 044111(2019).</li>
<li>Hu, X., Hu, H., Yang, W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHu%2C+X+%22QM4D%3A+an+integrated+and+versatile+quantum+mechanical%2Fmolecular+mechanical+simulation+package+%28http%3A%2F%2Fwww.qm4d.info%2F%29%22">QM4D: an integrated and versatile quantum mechanical/molecular mechanical simulation package (http://www.qm4d.info/)</a>. , (2016).</li>
<li>Jorgensen, W. L., Chandrasekhar, J., Madura, J. D., Impey, R. W., Klein, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+simple+potential+functions+for+simulating+liquid+water%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">Comparison of simple potential functions for simulating liquid water.</a> The Journal of Chemical Physics. 79 (2), 926-935 (1983).</li>
<li>Walewski, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scc-dftb+energy+barriers+for+single+and+double+proton+transfer+processes+in+the+model+molecular+systems+malonaldehyde+and+porphycene%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Quantum+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Scc-dftb energy barriers for single and double proton transfer processes in the model molecular systems malonaldehyde and porphycene.</a> International Journal of Quantum Chemistry. 106 (3), 636-640 (2006).</li>
<li>Bakowies, D., Thiel, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hybrid+models+for+combined+quantum+mechanical+and+molecular+mechanical+approaches%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Physical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Hybrid models for combined quantum mechanical and molecular mechanical approaches.</a> The Journal of Physical Chemistry. 100 (25), 10580-10594 (1996).</li>
<li>Hu, H., Yang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+and+application+of+ab+initio+QM%2FMM+methods+for+mechanistic+simulation+of+reactions+in+solution+and+in+enzymes%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Molecular+Structure%3A+THEOCHEM%22%5BJournal%5D)">Development and application of ab initio QM/MM methods for mechanistic simulation of reactions in solution and in enzymes.</a> Journal of Molecular Structure: THEOCHEM. 898 (1-3), 17-30 (2009).</li>
<li>Xie, L., Yang, M., Chen, Z. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+the+entropic+effect+in+chorismate+mutase+reaction+catalyzed+by+isochorismate-pyruvate+lyase+from+pseudomonas+aeruginosa+%28PchB%29%5BTitle%5D)+AND+%22Catalysis+Science%2C+Technology%22%5BJournal%5D)">Understanding the entropic effect in chorismate mutase reaction catalyzed by isochorismate-pyruvate lyase from pseudomonas aeruginosa (PchB).</a> Catalysis Science, Technology. 9 (4), 957-965 (2019).</li>
<li>Shibl, M. F., Pietrzak, M., Limbach, H. H., Kühn, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Geometric+H%2FD+isotope+effects+and+cooperativity+of+the+hydrogen+bonds+in+porphycene%5BTitle%5D)+AND+%22ChemPhysChem%22%5BJournal%5D)">Geometric H/D isotope effects and cooperativity of the hydrogen bonds in porphycene.</a> ChemPhysChem. 8 (2), 315-321 (2007).</li>
</ol>

Yazarların ifşa etmesi gereken hiçbir şey yok.

Porphycene yapısı Şekil 1' de gösterildi. Elektrostatik gömme QM/mm hibrid potansiyeli oturur yöntemi ile su içinde kimyasal reaksiyonları açıklamak için kullanıldı23,24. Proton transferi porphycene3 içinde gerçekleşir ve böylece PORPHYCENE QM bölgesi olarak ayarlanır ve hatırlatan su mm bölgesi olarak ayarlanır. Burada, verimliliği ve doğruluğu22,25de...

Proton transfer süreci porphycenes moleküler anahtarlar, transistörler ve bilgi depolama cihazları1,2gelişmekte olan potansiyel uygulamaları tutar. Özellikle, Çift proton transfer işlemi ile porphycenes içinde tautomerization Spektroskopi ve fotofizik alanlarında geniş ilgi çekti2. Porphycenin iç hidrojen atomları, Şekil 1' de gösterildiği gibi çift proton transfer sürecinde bir Trans izomer ile diğer eşdeğer Trans izomer 'e geçiş yapabilir. Çift proton transfer süreci için iki mekanizma önerilmiştir: uyumlu ve kademeli mekanizma3,4. Uyumlu çift proton transfer sürecinde, hem proton atomları geçiş durumuna eşzamanlı olarak simetrik bir şekilde hareket eder, ancak bir proton bir kademeli süreçte diğer proton transferini tamamlar. İki hidrojen atomu, iki hidrojen atomu5arasındaki korelasyon gücüne bağlı olarak eşzamanlı veya kademeli olarak aktarabilir.
İzotopik ikame moleküllerin yapısal özellikleri ve reaksiyon kinetiği6oranı sabitleri algılamak için kullanılmıştır. Porphycenin iç hidrojen tek döeryum ikame molekül bir asimetrik şekle yol açar. Hidrojen bağı, hidrojen ve döeryum atomları arasındaki kütle farkı nedeniyle genişleyebilir veya sözleşme gösterebilir. İzotopik değiştirme, porphycene iskelesinin içinde bir pertürasyon sunar. Soru asimetrik yapının proton transfer sürecini etkileyip etkilemediğini ortaya çıkar. Limbach ve iş arkadaşları, topakeryum ile hidrojen değiştirilmesi hem hidrojen bağları sıkıştırmak olacağını bildirdi, ve porphycene iki hidrojen bağları kooperatif bağ uyumlu mekanizma7lehine olabilir, oysa Yoshikawa belirtilen konmerasyon Step mekanizması uyumlu mekanizma8daha fazla katkıda yapacaktır. Kuvvet spektroskopisi gibi deneysel teknikler, tek bir porphycene9' da tautomerizasyon ayrıntılarını yakalamak için geliştirilmiştir. Bununla birlikte, geçici doğası nedeniyle proton transferinin atomik ayrıntılarını belirlemek hala zordur.
Teorik hesaplamalar ve simülasyonlar, proton transferinin reaksiyon mekanizmalarının aydınlatılmasına içinde tamamlayıcı araçlar olarak hareket edebilir. Farklı teorik Yöntemler arasında, moleküler dinamikler (MD) simülasyonları her atomun dinamik hareketleri izleyebilir ve kimyasal ve enzimatik reaksiyonlar karmaşık mekanizmaları ortaya çıkarmak için yaygın olarak kullanılır. Ancak, normal MD simülasyonları, özellikle ilgi sürecinde yüksek enerji bariyeri varsa, yetersiz örnekleme sorunu muzdarip eğilimindedir. Bu nedenle, geçiş yoluörnekleme10,11, şemsiye örnekleme (US)12,13ve entegre temperleme örnekleme (onun)14içeren gelişmiş örnekleme yöntemleri geliştirilmiştir 15 yaşında. Farklı gelişmiş örnekleme yöntemlerinin kombinasyonu, örnekleme verimliliğini daha da artırabilir16,17,18. Kimyasal reaksiyonlar simüle içinde gelişmiş örnekleme algoritmaları koşum için, biz kuantum mekanik ve moleküler mekanik (QM/MM) potansiyelleri ile seçici entegre temperleme örnekleme (oturur) yöntemi uyguladık son19. Önerilen oturur-QM/MM yöntemi her iki yöntemden avantajları birleştirir: oturur yöntemi örnekleme hızlandırır ve reaksiyon mekanizması önceden bilgi olmadan tüm olası reaksiyon kanalları keşfedebilirsiniz ve QM/MM daha doğru açıklamasını sağlar Sadece MM yöntemleri tarafından simüle edilemez Bond şekillendirme ve Bond kırma süreci. Uygulanan oturmuş-QM/MM yaklaşımı başarıyla uyumlu çift proton transferi ortaya çıkardı, farklı sistemlerde uncorrelated ve bağlantılı Step çift proton transfer mekanizması, önceden tanımlanmayan reaksiyon koordinatları olmadan19. Porphycene için, kademeli ama ilişkili proton transfer karakteri bildirildi19. Bizim çalışma porphycene izotopik etkisini araştırmak için hibrid oturur-QM/MM yöntemi kullanılmıştır, ve aşağıda bizim Yöntem algoritması ve protokol ayrıntılı açıklamaları vardır.
Biz hibrid QM/MM potansiyelleri ile oturur yöntemi uyguladık. OTURMA 'nın etkili potansiyeli, daha geniş sıcaklık aralıkları kapsayacak şekilde ağırlık faktörleri nk ile farklı sıcaklıklarda potansiyel enerjiyi içerecek şekilde tanımlanmıştır,
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ01.jpg">
burada, n kurallı terim sayısıdır, βk ters sıcaklığıdır ve nk her kurallı bileşen için karşılık gelen tartma faktörüdür. UE (R) ve UN(r), oturmakta olan gelişmiş ve gelişmiş olmayan terimleri temsil eder ve
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ02.jpg">
U s, use ve ue alt sistem potansiyel enerji, alt sistem ve çevre arasındaki etkileşim ve çevre potansiyel enerji vardır. QM/MM potansiyeli üç bileşenin hibrit toplamı olarak ifade edilir,
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ03.jpg">
Burada uQM, uQM/mmve umm QM alt sisteminin iç enerji süresi, QM ve mm bölgeleri arasındaki etkileşim enerjisi ve mm alt sistemi içinde etkileşim enerjisi sırasıyla vardır. UQM/mm terim daha da elektrostatik, Van der WAALS ve QM ve mm atomları arasında kovalent etkileşim enerji koşulları dahil üç bileşenlere bölünebilir,
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ04.jpg">
Biz atıyoruz <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ05.jpg"> , <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ06.jpg"> ve bir Us terim içine oturur,
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ07.jpg">
Sistemin tam potansiyeli daha sonra alt sistem us, alt sistemi ve çevre usearasındaki etkileşim enerjisi enerji içine deforme oldu ve çevre ue. enerji Örneğin, mevcut çalışmanın sisteminde, alt sistemi porphycence ve çevre su.
PMF (R) toplu değişken boyunca 
<img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ08.jpg">
N1−H1her hidrojen transferi için genellikle kullanılan reaksiyon koordinatları · · · N2 olan q1 = (r1−r2)/2 ve q2 = r1 + r2,1 olan N1-H1 mesafesi ve r2 H1-N2.
Bu yöntem QM4D20QM/mm MD simülasyon paketinde uygulanmaktadır. Tam kaynak kodu ve belgeleri burada bulunabilir: http://www.qm4d.info/.
Genellikle, oturur-QM/MM MD simülasyonları dört adım içerir: ön denge (önceden oturur); optimizasyon nk (opt-oturur); üretim simülasyonu ve veri analizi.

<table><tbody><tr><td>işletim sistemi</td><td>CentOS Linux sürüm 6.0</td><td></td><td></td></tr><tr><td>QM4D yazılım</td><td>http://www.qm4d.info/</td><td></td> <td>şirket içi program</td></tr><tr><td>Bilgisayar masaüstü</td><td>HP</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

gelişmiş qm/mm yöntemi ile incelenerek porphycene çift proton transfer sürecinde izotopik etkisi

Isotopic Effect in Double Proton Transfer Process of Porphycene Investigated by Enhanced QM/MM Method

Porphycene 'deki tek döteryum ikame, porphycene molekülün çift proton transfer sürecini etkileyebilen asimetrik bir moleküler geometriye yol açar. Bu çalışmada, porphycene çift proton transferinde hidrojen/döteryum (H/D) izotop etkilerini araştırmak için oturur-QM/MM denilen gelişmiş bir QM/MM yöntemi uyguladı. Oturma-QM/mm moleküler dinamikleri simülasyonlarında mesafe değişimleri, döteryum yerine porphycene, kademeli çift proton transfer mekanizmasını kabul ettiğini söyledi. Yapısal analiz ve çift proton transfer sürecinin serbest enerji vardiyaları asimetrik izotopik ikame kurnaz hidrojen bağları sıkıştırır ve orijinal geçiş devlet konumunu değiştirebilir belirtti.

Porphycene çift proton transfer sürecinde tek döteryum ikame etkisi geçerli protokolde incelenmiştir (Şekil 1). Ön denge ve optimizasyon adımında QM alt sistemi ve suyun potansiyel enerjisi, enerjinin daha geniş bir enerji aralığına genişletilmiş olduğundan emin olmak için kontrol edildi (Şekil 2). Temsili mesafe ve açı değişiklikleri (Şekil 3 ve Şekil 4), ve öngörülen serbest enerji değişiklikleri (<st...

Burada porphycene çift proton transfer sürecinde izotopik etkisini araştırmak için gelişmiş QM/MM yöntemi kullanan bir protokol sunulmuştur.

Gelişmiş QM/MM yöntemi ile Incelenerek Porphycene çift proton transfer sürecinde izotopik etkisi

The single deuterium substitution in porphycene leads to an asymmetric molecular geometry, which may affect the double proton transfer process in the ...

Geliştirilmiş QM/MM Yöntemi, normal QM/MM simülasyonundaki basit sorunların üstesinden gelinir. Altı QM/MM Yöntemi QM bölgesi için seçilmiş montajı hızlandırır ve kimyasal reaksiyon yollarını yakalayarak reaksiyon koordinatını tanımlar. Bu protokolle, çift proton transferinin kimyasal reaksiyon yollarını başarıyla yakaladık ve suda kanıtlanmışlığın transfer mekanizması üzerinde döteryum ikame etkisi ortaya çıkartın.Protokol, ilaç keşfinde ısı tanımlamada halojen iması veya döteryum ikamemizi araştırmak için kullanılabilir. Altı QM/MM Yönteminin en büyük avantajı, mukavemet reaksiyonu koordinatını tanımlamak veya reaksiyon mekanizmasını araştırırken kimyasal reaksiyon yolu için bir cihaz tanıtmak için buna ihtiyacımız ın olmadığıdır. reaksiyondan kaynaklanan olası reaksiyon yollarını belirlememizi sağlar.Kullanılabilir ve yüksek düzeyde QM Yöntemi uzatılabilir ve çözelti kimyasal reaksiyon için reaksiyon mekanizması araştırmak için önemli bir araç haline gelebilir yöntemi. Bu yordamı başlatmak için runtype'ı 100, temp0'u 300, templow'u 260, temphigh'ı 1300 olarak ve giriş dosyasında 120.000 olarak ayarlayarak ön ayarları başlatın. Daha sonra, burada gösterildiği gibi uygun komutu so

isotopic-effect-double-proton-transfer-process-porphycene

Research

JoVE Journal

Chemistry

Kimya

Bu video, 15N etiketli vahşi tip ve mutant envoplakin proteini ile etiketlenmemiş vimentin proteini arasındaki protein-protein etkileşimlerini incelemek için nükleer manyetik rezonans spektroskopisi tekniğini açıklar. Yabani tip envoplakin ve vimentin arasındaki başarılı etkileşim, NMR spektrumlarında geniş çizgi genişlemesine ve tepe kaybolmasına yol açarken, mutasyona uğramış envoplakin ve vimentin arasında bir etkileşimin olmaması, NMR spektrumlarında iyi çözülmüş zirvelere neden olur.

Atomik Düzeyde Protein-Protein Etkileşimlerini İncelemek için Nükleer Manyetik Rezonans

Protein fonksiyonunun temel adımları, özellikle omurga konformasyonel değişiklikleri ve proton transfer reaksiyonları, genellikle mikrosaniye ila milisaniye zaman ölçeğinde gerçekleşir. Bu dinamik süreçler, özellikle işlevi ışık tarafından tetiklenen proteinler için, zaman çözümlü adım taramalı Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi ile incelenebilir.

Tarafından Işığa Proteinler Proton Transferi ve Protein Konformasyon Dynamics Zamanda çözülmüş kızılötesi spektroskopi Fourier-dönüşümü Step-tarama

El yazması, hem lazerle sınırlı çözünürlük hem de fotolüminesans (PL) spektroskopisini içeren fonon destekli yarı rezonans floresan spektroskopisi yöntemini açıklar. Bu yöntem, enerji alanındaki atom benzeri yarı iletken yapıların çizgi genişliği sınırlı çözünürlük spektrumlarını sağlamak için optik fononları kullanır. Yöntem ayrıca tek bir spektrometre optik spektroskopi kurulumu ile kolayca gerçekleştirilir.

Yüksek Çözünürlüklü Fonon destekli Yarı-rezonans Floresans Spektroskopisi

Elektron paramanyetik rezonans (EPR) görüntüleme kullanılarak konuk moleküllerin gözenekli ortamda difüzyonunun yerinde izlenmesi için bir protokol sunulmuştur.

Elektron Paramanyetik Rezonans Görüntüleme kullanma Gözenekli Ortamda Misafir Moleküllerin Difüzyon Yerinde İzleme

Biz moleküler ayrışma sonucu polyatomic radikal katyonlar ultrafast titreşim coherences problama için bir iletişim kuralı mevcut.

Polyatomic radikal katyonlar güçlü alanlı adyabatik iyonlaşma ile Ultrafast titreşim Coherences ölçümü

Fotoizomerizasyon kuantum verimi, yeni geliştirilen fotoanahtarların araştırılmasında doğru bir şekilde belirlenmesi gereken temel bir fotofiziksel özelliktir. Burada, bir fotokromik hidrazon'un fotoizomerizasyon kuantum verimini model bir çift kararlı fotoanahtar olarak ölçmek için bir dizi prosedürü açıklıyoruz.

Bir Hidrazon Fotoşalterinin Fotoizomerizasyon Kuantum Veriminin Belirlenmesi

Burada, zemin durumlarında ve geçici absorpsiyon spektrumlarında belirgin şekilde azalmış saçılma sergileyen metal-organik çerçeve (MOF) süspansiyonlarını hazırlamak için bir polimer stabilizatörü kullanıyoruz. Bu MOF süspansiyonları ile protokol, yorumlanabilir veriler elde etmek için MOF'ları spektroskopik olarak karakterize etmek için çeşitli kılavuzlar sağlar.

Metal-Organik Çerçevelerde Spektroskopik Ölçümler Yapmak İçin Teknik Bir Kılavuz

Fare organlarında yüksek hassasiyetli çinko izotop oranları ile ölçüm yapma tekniğini sunuyoruz.

Fare Organlar Uygulanan Yüksek Hassasiyetli Çinko İzotopik Ölçümler

Bu yazıda, konjuge mikro gözenekli polimerlerin (CMP) kurban substratlar üzerindeki arayüzey sentezini ve bağımsız CMP nanomembranlarının hazırlanması için substratın çözünmesini açıklıyoruz. Ek olarak, kırılgan nanomembranların diğer substratlara nasıl aktarılabileceğini açıklayacağız.

Katman-katman Sentezi ve Müstakil Konjuge mikro gözenekli polimer Nanomembranlar Devri

Diskotik zirkonyum fosfatın iki boyutlu model materyali geliştirildi. Katmanlı yapıya sahip inorganik kristal, hidrotermal, geri akış ve mikrodalga destekli yöntemlerle sentezlendi. Organik moleküllerle pul pul dökülme üzerine, katmanlı kristaller tek tabakalara dönüştürülebilir ve yeterli monotabaka konsantrasyonunda nematik sıvı kristal faz oluşturulmuştur.

Sentezi ve diskotik Zirkonyum Fosfatların Eksfoliasyon Kolloidal Sıvı Kristaller Edinme

Keşfedin, geliştirilmiş QM/MM yöntemiyle porfisende çift proton transferinde izotopik etkileri. Bu hesaplamalı protokol, deuterium ikamesinin reaksiyon mekanizmalarına etkisini analiz ederek ilaç keşfi araştırmalarına katkı sağlar.

Gelişmiş QM/MM yöntemi ile Incelenerek Porphycene çift proton transfer sürecinde izotopik etkisi

Daha fazla video keşfet