Name: isotopic effect in double proton transfer process of porphycene investigated by enhanced qm/mm method
Uploaded: 2019-07-19T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Isotopic Effect in Double Proton Transfer Process of Porphycene Investigated by Enhanced QM/MM Method at JoVE.com

ويدعم هذا البحث البرنامج الوطني للبحث والتطوير الرئيسي في الصين (2017YFA0206801، 2018YFA0208600)، ومؤسسة العلوم الطبيعية في مقاطعة جيانغسو، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (91645116). لوس ان ك هو تشونغ وو أستاذ معين خصيصا من جامعة جيانغسو للتكنولوجيا. ويعترف المؤلفان بالاقتراحات المقدمة من الدكتور هاو هو والدكتور مينغجون يانغ.

1. نموذج البناء
<ol><li>
بناء هيكل porphycene: افتح برنامج GaussView بالنقر المزدوج فوق الماوس. ثم انقر فوق زر جزء العنصر في القائمة من GaussView لاختيار العناصر المطلوبة. بناء البورفيسين. ثم انقر فوق زر ملف لحفظ كملف pdb.</li>
	<li>
حل النموذج: حل porph...

<ol>
	<li>Waluk, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ground-+and+excited-state+tautomerism+in+porphycenes.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectroscopy+and+tautomerization+studies+of+porphycenes.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+inner-hydrogen+migration+and+ground-state+structure+of+porphycene.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theoretical+study+on+the+mechanism+of+double+proton+transfer+in+porphycene+by+path-integral+molecular+dynamics+simulations.">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., K&#252;hn, O., Fern&#225;ndez-Ramos, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+tautomerization+dynamics+of+porphycene+and+its+isotopomers+-+concerted+versus+stepwise+mechanisms.">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. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isotope+effects.">Isotope effects.</a> The Chemical, Geological, and Bio Sciences. , (2009).</li><li>Pietrzak, M., Shibl, M. F., Br&#246;ring, M., K&#252;hn, O., Limbach, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=1H/2H+NMR+studies+of+geometric+H/D+isotope+effects+on+the+coupled+hydrogen+bonds+in+porphycene+derivatives.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantum+tautomerization+in+porphycene+and+its+isotopomers:+Path-integral+molecular+dynamics+simulations.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Force-induced+tautomerization+in+a+single+molecule.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transition+path+sampling+and+the+calculation+of+rate+constants.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transition+path+sampling:+Throwing+ropes+over+rough+mountain+passes,+in+the+dark.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonphysical+sampling+distributions+in+monte+carlo+free-energy+estimation:+Umbrella+sampling.">Nonphysical sampling distributions in monte carlo free-energy estimation: Umbrella sampling.</a> Journal of Computational Physics. 23 (2), 187-199 (1977).</li><li>K&#228;stner, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Umbrella+sampling.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+integrate-over-temperature+approach+for+enhanced+sampling.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+selective+integrated+tempering+method.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combine+umbrella+sampling+with+integrated+tempering+method+for+efficient+and+accurate+calculation+of+free+energy+changes+of+complex+energy+surface.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficient+sampling+over+rough+energy+landscapes+with+high+barriers:+A+combination+of+metadynamics+with+integrated+tempering+sampling.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficient+free+energy+calculations+by+combining+two+complementary+tempering+sampling+methods.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+QM/MM+sampling+for+free+energy+calculation+of+chemical+reactions:+A+case+study+of+double+proton+transfer.">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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> QM4D: an integrated and versatile quantum mechanical/molecular mechanical simulation package (http://www.qm4d.info/). , (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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+simple+potential+functions+for+simulating+liquid+water.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scc-dftb+energy+barriers+for+single+and+double+proton+transfer+processes+in+the+model+molecular+systems+malonaldehyde+and+porphycene.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hybrid+models+for+combined+quantum+mechanical+and+molecular+mechanical+approaches.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+and+application+of+ab+initio+QM/MM+methods+for+mechanistic+simulation+of+reactions+in+solution+and+in+enzymes.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+the+entropic+effect+in+chorismate+mutase+reaction+catalyzed+by+isochorismate-pyruvate+lyase+from+pseudomonas+aeruginosa+(PchB).">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., K&#252;hn, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Geometric+H/D+isotope+effects+and+cooperativity+of+the+hydrogen+bonds+in+porphycene.">Geometric H/D isotope effects and cooperativity of the hydrogen bonds in porphycene.</a> ChemPhysChem. 8 (2), 315-321 (2007).</li></ol>

وقد تبين هيكل البورفيسين في الشكل 1. تم استخدام الخصائص الكهروستاتيكية QM / MM الهجين المحتملة مع طريقة SITS لوصف التفاعلات الكيميائية في الماء23،24. يحدث نقل البروتون داخل porphycene3 وبالتالي يتم تعيين porphycene كمنطقة QM ويتم تعيين المياه تذ...

عملية نقل البروتون في porphycenes يحمل التطبيقات المحتملة في تطوير مفاتيحالجزيئية، الترانزستورات وأجهزة تخزين المعلومات 1،2. وعلى وجه الخصوص، اجتذب التاوتومير في البورفيسينات من خلال عملية نقلالبروتون المزدوج اهتماما ً واسعاً في مجالات التحليل الطيفي والفيزياء الضوئية 2. يمكن لذرات الهيدروجين الداخلية من البورفيسين أن تهاجر من أيزومر عبر واحد إلى أيزومر عبر مكافئ آخر من خلال عملية نقل البروتون المزدوج كما هو موضح في الشكل 1. وقد تم اقتراح آليتين لعملية نقل البروتون المزدوج: آليةمنسقة وتدريجية 3،4. في عملية نقل البروتون المزدوجة المنسقة، تنتقل ذرات البروتون إلى الحالة الانتقالية بشكل متزامن بطريقة متناظرة، في حين يكمل بروتون واحد النقل قبل البروتون الآخر في عملية تدريجية. اثنين من ذرات الهيدروجين يمكن أن تنتقل في وقت واحد أو خطوة اعتمادا على قوة الارتباط بين اثنين من ذرات الهيدروجين5.
وقد استخدم استبدال النظائر للكشف عن الخصائص الهيكلية للجزيئات ومعدل الثوابت من حركية التفاعل6. استبدال الديوتيريوم واحد في الهيدروجين الداخلي من البورفيسين يؤدي إلى شكل غير متماثل من الجزيء. قد تتوسع رابطة الهيدروجين أو تتقلص بسبب الفرق الكتلي بين ذرات الهيدروجين والديوتيريوم. الاستبدال النظائري يدخل اضطراب في سقالة البورفيسين. والسؤال الذي يطرح نفسه هو ما إذا كان الهيكل غير المتناظر سيؤثر على عملية نقل البروتون. وذكر ليمباخ وزملاء العمل أن استبدال الهيدروجين مع الديوتيريوم سوف ضغط كل من سندات الهيدروجين، واقترانالتعاونية من اثنين من سندات الهيدروجين في porphycene قد تفضل آلية منسقة 7، في حين ذكر يوشيكاوا ومن شأن الخلع أن يجعل آلية الخطوة تسهم أكثر من آلية منسقة8. وقد تم تطوير تقنيات تجريبية، مثل التحليل الطيفي للقوة، لالتقاط تفاصيل التيزوميرة في بورفيسين واحد9. ومع ذلك، لا يزال من الصعب تحديد التفاصيل الذرية لنقل البروتون تجريبيا بسبب طبيعته العابرة.
يمكن أن تكون الحسابات النظرية والمحاكاة بمثابة أدوات تكميلية في توضيح آليات التفاعل لنقل البروتون. ومن بين الأساليب النظرية المختلفة، يمكن لمحاكاة الديناميات الجزيئية (MD) رصد الحركات الدينامية لكل ذرة، وقد استخدمت على نطاق واسع للكشف عن الآليات المعقدة في التفاعلات الكيميائية والأنزيمية. ومع ذلك، تميل عمليات المحاكاة المنتظمة MD إلى المعاناة من عدم كفاية مسألة أخذ العينات، لا سيما عندما يكون هناك حاجز طاقة عال في عملية الاهتمام. لذلك، تم تطوير أساليب أخذ العينات المعززة، والتي تشمل أخذ العينات مسار الانتقال10،11،مظلة أخذ العينات (الولايات المتحدة)12،13،وأخذ العينات المتكاملة تلطيف (ITS)14، 15. الجمع بين مختلف أساليب أخذ العينات المحسنة يمكن أن تزيد من كفاءة أخذ العينات16،17،18. لتسخير خوارزميات أخذ العينات المعززة في محاكاة التفاعلات الكيميائية، قمنا بتنفيذ طريقة انتقائية متكاملة لأخذ العينات المعتدلة (SITS) مع إمكانات الكم الميكانيكية والجزيئية الميكانيكية (QM /MM) مؤخرا19. تجمع طريقة SITS-QM/MM المقترحة بين المزايا من كلا الأسلوبين: فطريقة SITS تسرع عملية أخذ العينات ويمكنها استكشاف جميع قنوات التفاعل الممكنة دون معرفة مسبقة بآلية التفاعل، وتوفر QM/MM وصفًا أكثر دقة لـ عملية تشكيل السندات وكسر السندات، والتي لا يمكن محاكاة من قبل أساليب MM فقط. وقد نجح نهج SITS-QM/MM المنفذ في الكشف عن نقل البروتون المزدوج المتضافر، غير المترابط والمرتبط بآلية نقل البروتون المزدوج ة في أنظمة مختلفة، دون تحديد إحداثيات التفاعل المسبق19. لporphycene، وقد تم الإبلاغ عن حرف نقل البروتون stepwise ولكن مترابطة19. تم استخدام طريقة SITS-QM/MM الهجينة للتحقيق في تأثير النظائر في البورفيسين في دراستنا، وفيما يلي الأوصاف التفصيلية للخوارزمية وبروتوكول أسلوبنا.
لقد قمنا بتنفيذ طريقة SITS مع إمكانات QM/MM المختلطة. تم تحديد الإمكانات الفعالة لـ SITS لتشمل الطاقة المحتملة في درجات حرارة مختلفة مع عوامل الترجيح نك لتغطية نطاقات درجة الحرارة الأوسع،
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ01.jpg">
حيث، N هو عدد المصطلحات الكنسية، βk هو درجة الحرارة العكسية، و nk هو عامل الترجيح المقابل لكل مكون قانوني. UE (R) و UN(R) تمثل المصطلحات المحسنة وغير المحسنة في SITS ويتم تعريفها على النحو التالي:
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ02.jpg">
ش s, Use and Ue هي الطاقة المحتملة للنظام الفرعي، والتفاعل بين النظام الفرعي والبيئة، والطاقة المحتملة للبيئة. يتم التعبير عن إمكانات QM/MM كخلاصة هجينة لثلاثة مكونات،
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ03.jpg">
حيث UQM، Uqm/mm،وU mm هي مصطلح الطاقة الداخلية للنظام الفرعي QM، وطاقة التفاعل بين مناطق QM وMM، وطاقة التفاعل داخل النظام الفرعي MM، على التوالي. يمكن تقسيم مصطلح Uqm/mm إلى ثلاثة مكونات، والتي تشمل الكهروستاتيكي، وفان دير وال، ومصطلحات طاقة التفاعل المشترك بين ذرات QM وMM،
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ04.jpg">
نحن <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ05.jpg"> </img>تعيين، <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ06.jpg"> وإلى مصطلح واحد الولايات المتحدة في SITS،
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ07.jpg">
ثم تم تحلل الإمكانات الكاملة للنظام في طاقة النظام الفرعي Uق، والطاقة التفاعل بين النظام الفرعي والبيئة Use، وطاقة البيئة Uه. على سبيل المثال، في نظام العمل الحالي، والنظام الفرعي هو porphycence، والبيئة المياه.
يتم اشتقاق ملف PMF على طول متغير جماعي (R) على النحو التالي:
<img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ08.jpg">
ال عموما يستعمل ردّ فعل إحداثيات ل كلّ هيدروجين إنتقال من [ن1]− [ه1]··· N2 هي س1 = (ص1-ص2)/ 2 و س2 = ص1 + ص2، حيث هي1 هي مسافة N1-H1 و r2 هي مسافة H1-N2.
وقد تم تنفيذ هذه الطريقة في حزمة محاكاة QM/MM MD QM4D20. يمكن العثور على التعليمات البرمجية الكاملة للمصدر والوثائق هنا: http://www.qm4d.info/.
وبصفة عامة، تنطوي عمليات محاكاة SITS-QM/MM MD على أربع خطوات: ما قبل التوازن (ما قبل الجلوس)؛ ومحاكاة الـ SITS-QM/MM MD تتضمن أربع خطوات: ما قبل التوازن (ما قبل الجلوس)؛ ومحاكاة الـ SITS-QM/MM MD التي تتضمن أربع خطوات: ما قبل التوازن (ما قبل الجلوس)؛ و التحسين نك (opt-sits)؛ محاكاة الإنتاج وتحليل البيانات.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>operating system</td>
			<td>CentOS Linux release 6.0</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>QM4D software</td>
			<td>http://www.qm4d.info/</td>
			<td></td>
			<td>in-house program</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Computer desktop</td>
			<td>HP</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

isotopic effect in double proton transfer process of porphycene investigated by enhanced qm/mm method

يؤدي استبدال الديوتيريوم الوحيد في البورفيسين إلى هندسة جزيئية غير متناظرة، والتي قد تؤثر على عملية نقل البروتون المزدوج في جزيء البورفيسين. في هذه الدراسة، طبقنا طريقة QM/MM المعززة تسمى SITS-QM/MM للتحقيق في آثار نظائر الهيدروجين/الديوتيريوم (H/D) على نقل البروتون المزدوج في البورفيسين. وتشير التغيرات في المسافة في محاكاة الديناميات الجزيئية SITS-QM/MM إلى أن الديوتيريوم البديل للبورفيسين اعتمد آلية نقل البروتون المزدوجة stepwise. وأشار التحليل الهيكلي وتحولات الطاقة الحرة لعملية نقل البروتون المزدوج إلى أن الاستبدال النظائري غير المتناظر ضغط بمهارة روابط الهيدروجين التساهمية وقد يغير الموقع الأصلي لحالة الانتقال.

وقد تم فحص تأثير استبدال الديوتيريوم الوحيد على عملية نقل البروتونالمزدوج في البورفيسين في البروتوكول الحالي (الشكل 1). وقد تم فحص الطاقة المحتملة للنظام الفرعي QM والمياه خلال مرحلة ما قبل التوازن وخطوة التحسين للتأكد من توسيع نطاق الطاقة إلى نطاق أوسع للطاقة (الشكل<strong clas...

Watch this Scientific Journal Video about Isotopic Effect in Double Proton Transfer Process of Porphycene Investigated by Enhanced QM/MM Method at JoVE.com

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

يتم عرض بروتوكول يستخدم طريقة QM/MM المحسنة للتحقيق في تأثير النظائر على عملية نقل البروتون المزدوج في البورفيسين هنا.

تأثير النظائر في عملية نقل البروتون المزدوج من البورفيسين التحقيق من قبل طريقة QM/MM المحسنة

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

تتغلب طريقة QM/MM المحسّن على المشكلات البسيطة في محاكاة QM/MM العادية. تعمل طريقة QM/MM الستة على تسريع التجميع المحدد لمنطقة QM، ويمكن التقاط مسارات التفاعل الكيميائي التي تؤدي إلى تحديد تنسيق التفاعل. مع هذا البروتوكول، نجحنا في التقاط مسارات تفاعل كيميائي لنقل البروتون المزدوج وكشف تأثير استبدال الديوتيريوم على آلية نقل البروفنس في الماء.ويمكن استخدام البروتوكول لاستكشاف الهالوجين أو استبدال ديوتروم لدينا في تحديد الحرارة في اكتشاف المخدرات. والميزة الرئيسية لأسلوب ستة QM / MM هو أن, نحن لسنا في حاجة إليها لتحديد تنسيق تفاعل ملحي أو إدخال جهاز لمسار التفاعل الكيميائي عند استكشاف آلية التفاعل. تمكننا من تحديد مسارات التفاعل المحتملة التي في من رد فعل.الطريقة التي يمكن استخدامها وتوسيعها إلى مستوى عال QM الطريقة ويمكن أن تصبح أداة هامة للتحقيق في آلية التفاعل للتفاعل الكيميائي في الحل. لبدء هذا الإجراء، قم ببدء الإعدادات المسبقة عن طريق إعداد runtype كـ 100، temp0 كـ 300، templow كـ 260، temphigh كـ 1300، و الخطوة كـ 120، 000 في ملف الإدخال. ثم، إصدار الأمر المناسب كما هو موضح هنا.أثناء مرحلة الإعداد المسبق، مراقبة الطاقة لكل مصطلح لحساب القيم الوسط. استخدام أوامر لينكس grep لاستخراج الطاقة. لتعديل متوسط الطاقات في ملف md-input، حساب متوسط الطاقات استناداً إلى إخراج سطر الأوامر السابق، وتعديل سطر v-shift في ملف الإدخال مع المتوسطات التي تم إنشاؤها حديثاً.بدء الإزاحات في البرنامج QM4D عن طريق كتابة الأمر لبدء خطوة التحسين. بعد ذلك، قم بتوصيل انتشار الطاقة ببرنامج السماح، وتأكد من أن تقلبات الطاقة يمكن أن تغطي أدنى وأعلى نهايات نطاق درجة الحرارة. بعد التحسين، حفظ القيم nk النهائي من الخطوة الإزاحة في ملف جديد الذي يدعى nk.dat في هذا البروتوكول. لتحضير ملف md-input، قم بتعيين النمط runtype كواحد في ملف الإدخال الجديد لبدء خطوة محاكاة الإنتاج. تحديد اسم الملف مع الملف nk المخزنة كnkfile nk.dat في ملف الإدخال. وقد حدد عدد الخطوات الزمنية بـ 000 400 6 في النظم الحالية. عداد المحاكاة هو النظام تعتمد على ذلك تغيير محاكاة احصائيات على أساس الطلب الخاص بك محددة.حدد عدد مناسب من الوقت خطوة لاستخدامها للانتقال هامشي بين حالات مختلفة للنظام الخاص بك. الأولي الإنتاج في هذه المحاكاة، من خلال إصدار الأمر المناسب لبدء المحاكاة MD. لمراقبة عملية تشكيل السندات وكسر خلال مرحلة الإنتاج، استخدم الأمر grep للتحقق من التغيرات المسافة من H1N1 و H1N2 على طول وقت المحاكاة.ويمكن إجراء نفس العملية لH2N3 و H2N4. ثم قم بتوصيل انتشار المسافة باستخدام قيمة المسافة المتراكمة أثناء عمليات المحاكاة الخاصة بالإنتاج. استخراج إحداثيات رد الفعل، وشروط الطاقة من إنتاج ملف الناتج التي تم إنشاؤها بواسطة QM4D بواسطة الأمر grep.تنظيم البيانات في أربعة أعمدة، وكتابتها في ملف البيانات في كل إطار زمني. حساب الطاقة الحرة عن طريق إصدار الأمر المناسب. وأخيرا ، لمشروع الطاقة الحرة على المشهد ثنائية الأبعاد ، اكتب الأمر المناسب.وقد تم في البروتوكول الحالي دراسة أثر استبدال الديوتيريوم الواحد على عملية نقل البروتون المزدوج في البورفيتين. تم فحص الطاقة المحتملة للنظام الفرعي QM، والمياه خلال خطوات ما قبل التوازن والتحسين للتأكد من توسيع الطاقة في منطقة QM إلى نطاق طاقة أوسع، دون التأثير على طاقة البيئة. تم استخدام المسافة التمثيلية والتغيرات الزاوية، والتغيرات المتوقعة في الطاقة الحرة لتوصيف تأثير استبدال الديوتريوم على الهندسة وعملية نقل البروتون من البورفيزين.كما أن طريقة QM/MM الستة تحقق تجميعًا معززًا في مجال الطاقة. وينبغي أن يحقق نطاق الاندماج المحدد توزيعاً موسعاً للطاقة. هذه الطريقة ليس فقط التقاط الجزء العلوي من قناة رد الفعل التي حصلت يمكن نقلها، ولكن لديها أيضا إمكانية تحديد منتجات رد فعل من الدول رد فعل القاعدة نتيجة من آلية رد الفعل.ويعمل هذا البروتوكول كنقطة انطلاق لدراسة آليات التفاعل الكيميائي في بيئة مكثفة. يمكن دمج طرق QM الأعلى مستوى بسهولة مع طريقة QM/MM الستة لاستكشاف أنظمة أكثر تعقيدًا في المستقبل.

Research

JoVE Journal

Chemistry

High Precision Zinc Isotopic Measurements Applied to Mouse Organs

عالية الدقة قياس الزنك النظائر تطبق على الماوس هيئات

We present a procedure to measure with high precision zinc isotope ratios in mouse organs. Zinc is composed of 5 stable isotopes (64Zn, 66Zn, 67Zn, 68Zn ...

Layer-by-layer Synthesis and Transfer of Freestanding Conjugated Microporous Polymer Nanomembranes

طبقة تلو طبقة تجميع ونقل طليق مترافق الصغيرة التي بوليمر Nanomembranes

CMP as large surface area materials have attracted growing interest recently, due to their high variability in the incorporation of functional groups in ...

Synthesis and Exfoliation of Discotic Zirconium Phosphates to Obtain Colloidal Liquid Crystals

التوليف وتقشير من Discotic الزركونيوم الفوسفات للحصول على بلورات الغروية السائل

Due to their abundance in natural clay and potential applications in advanced materials, discotic nanoparticles are of interest to scientists and ...

Radiolabeling and Quantification of Cellular Levels of Phosphoinositides by High Performance Liquid Chromatography-coupled Flow Scintillation

Radiolabeling والكمي لمستويات الخلايا من Phosphoinositides التي كتبها التلألؤ تدفق عالية الأداء اللوني السائل الديناميكي

Phosphoinositides (PtdInsPs) are essential signaling lipids responsible for recruiting specific effectors and conferring organelles with molecular ...

Characterization, Quantification and Compound-specific Isotopic Analysis of Pyrogenic Carbon Using Benzene Polycarboxylic Acids (BPCA)

Characterization, Quantification and Compound-specific Isotopic Analysis of Pyrogenic Carbon Using Benzene Polycarboxylic Acids BPCA

التوصيف، الكمي ومجمع محددة تحليل النظائر من مولد للحمى الكربون عن طريق البنزين كاربوكسيلية الأحماض (BPCA)

Fire-derived, pyrogenic carbon (PyC), sometimes called black carbon (BC), is the carbonaceous solid residue of biomass and fossil fuel combustion, such as ...

Determination of Carbonyl Functional Groups in Bio-oils by Potentiometric Titration: The Faix Method

تحديد المجموعات الوظيفية الكربونيل في بيو الزيوت التي كتبها الجهدية المعايرة: أسلوب Faix

Carbonyl compounds present in bio-oils are known to be responsible for bio-oil property changes upon storage and during upgrading. Specifically, carbonyls ...

Photoelectron Imaging of Anions Illustrated by 310 Nm Detachment of F&#8722;

Photoelectron Imaging of Anions Illustrated by 310 Nm Detachment of FÃƒÆ’Ã‚Â¢Ãƒâ€¹Ã¢â‚¬Â '

تصوير النانومترية من الأنيونات يتضح من 310 نانومتر مفرزة و−

Anion photoelectron imaging is a very efficient method for the study of energy states of bound negative ions, neutral species and interactions of unbound ...

Synthesis of Soft Polysiloxane-urea Elastomers for Intraocular Lens Application

توليف اللدائن اليوريا Polysiloxane لينة لتطبيق العدسة اللاصقة

This study discusses a synthesis route for soft polysiloxane-based urea (PSU) elastomers for their applications as accommodating intraocular lenses ...

Niobium Oxide Films Deposited by Reactive Sputtering: Effect of Oxygen Flow Rate

أفلام أكسيد النيوبيوم المودعة من قبل اخرق التفاعلية: تاثير معدل تدفق الأكسجين

Reactive sputtering is a versatile technique used to form compact films with excellent homogeneity. In addition, it allows easy control over deposition ...

Automated Sample Multiplexing by using Combined Precursor Isotopic Labeling and Isobaric Tagging (cPILOT)

Automated Sample Multiplexing by using Combined Precursor Isotopic Labeling and Isobaric Tagging cPILOT

التلقائية عينة تعدد المكونات المتعددة باستخدام الجمع بين السلائف النظائر وسمات Isobaric (cPILOT)

We have introduced a high throughput quantitative proteomics workflow, combined precursor isotopic labeling and isobaric tagging (cPILOT) capable of ...