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

Denne forskning understøttes af det nationale centrale forsknings-og udviklings program i Kina (2017YFA0206801, 2018YFA0208600), Natural Science Foundation i Jiangsu- provinsen, og National Natural Science Foundation i kina (91645116). L. X er Zhong-Wu specielt udnævnt professor i Jiangsu University of Technology. Forfatterne anerkender forslagene fra Dr. Hao hu og Dr. Mingjun Yang.

1. opbygning af model
<ol><li>
Byg porphycene struktur: Åbn Gaussview software ved at dobbeltklikke på musen. Klik derefter på element fragment knappen i menuen i gaussview for at vælge de nødvendige elementer. Konstruere porphycen. Klik derefter på fil knappen for at gemme som FBF fil.</li>
	<li>
Solsikke modellen: Solsikke porphycen i en cubic TIP3P21 vand kasse med en k...

<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>

Strukturen af porphycen blev vist i figur 1. Den elektrostatiske indlejring QM/mm hybrid potentiale med sidder metode blev brugt til at beskrive de kemiske reaktioner i vand23,24. Proton overførslen sker inden for porphycen3 og dermed porphycene er indstillet som QM region og minde vandet er indstillet som mm region. Heri vedtog vi dftb/mio som vores QM metode til behandling af porphycen ved at afbalancere ef...

Proton overførselsprocessen i porphycenes rummer potentielle anvendelser i udviklingen af molekylære afbrydere, transistorer og informationslagrings enheder1,2. Især tautomerisering i porphycener gennem dobbelt proton overføringsproces har tiltrukket bred interesse inden for spektroskopi og photophysics2. De indre hydrogenatomer af porphycen kan migrere fra en Trans isomer til den anden tilsvarende Trans isomer gennem dobbelt proton overføringsproces som vist i figur 1. To mekanismer er blevet foreslået for den dobbelte proton overføringsproces: den samordnede og den trinvise mekanisme3,4. I den samordnede dobbelte proton overføringsproces flytter begge proton atomer til overgangstilstanden synkront på en symmetrisk måde, mens en proton afslutter overførslen før den anden proton i en trinvis proces. To hydrogenatomer kan overføre samtidigt eller trinvise afhængigt af korrelations styrken mellem to hydrogenatomer5.
Isotop substitution er blevet brugt til at detektere de strukturelle egenskaber af molekyler og rate konstanter af reaktionskinetik6. Enkelt deuterium substitution i den indre hydrogen af porphycen fører til en asymmetrisk form af molekylet. Hydrogen obligationen kan udvides eller indgås på grund af masse forskel mellem hydrogen og deuteriumatomer. Isotop substitution introducerer en forstyrrelse i stilladset af porphycen. Spørgsmålet er, om asymmetrisk struktur ville påvirke proton Transfer processen. Limbach og kolleger rapporterede, at udskiftning af hydrogen med deuterium vil komprimere både brint obligationer, og den kooperative kobling af to brint obligationer i porphycene kan favorisere samordnet mekanisme7, mens Yoshikawa erklærede deuteration ville gøre den trinvise mekanisme bidrage mere end den samordnede mekanisme8. Eksperimentelle teknikker, såsom Force spectroskopi, er blevet udviklet til at fange tautomerization detaljer i en enkelt porphycen9. Det er dog stadig udfordrende at bestemme de atomare detaljer af Proton Transfer eksperimentelt på grund af sin forbigående karakter.
Teoretiske beregninger og simuleringer kan fungere som komplementære værktøjer til at belyse reaktionsmekanismerne i proton Transfer. Blandt forskellige teoretiske metoder, molekylære dynamik (MD) simuleringer kan overvåge dynamiske bevægelser af hvert Atom, og har været meget brugt til at afsløre komplekse mekanismer i kemiske og enzymatiske reaktioner. Regelmæssige MD-simuleringer har imidlertid en tendens til at lide under utilstrækkelig stikprøveudtagning, især når der er en høj energi barriere i interesse processen. Der er derfor udviklet forbedrede prøvetagningsmetoder, som omfatter stikprøveudtagning af overgange 10,11, paraply prøvetagning (US) 12,13og integreret hærdning (ITS)14, 15. Kombinationen af forskellige forbedrede prøvetagningsmetoder kan øge prøveudtagnings effektiviteten yderligere16,17,18. For at udnytte de forbedrede prøvetagnings algoritmer i simulering af kemiske reaktioner, har vi implementeret den selektive integrerede hærdning prøvetagning (sidder) metode med kvantemekaniske og molekylære mekaniske (QM/MM) potentialer for nylig19. Den foreslåede sæt-QM/MM-metode kombinerer fordelene fra begge metoder: metoden SITS accelererer prøveudtagningen og kan undersøge alle mulige reaktions kanaler uden forudgående kendskab til reaktions mekanismen, og QM/MM giver en mere præcis beskrivelse af processen for obligations dannelse og obligations brydning, som ikke kan simuleres med MM-metoder alene. Den implementerede sidder-QM/MM tilgang har med held afdækket samordnede dobbelt proton overførsel, ukorreleret og korreleret trinvis dobbelt proton Transfer mekanisme i forskellige systemer, uden at foruddefinere reaktion koordinater19. For porphycen, den trinvise men korrelerede proton Transfer karakter er blevet rapporteret19. Hybrid sidder-QM/MM metode blev brugt til at undersøge den isotop effekt i porphycene i vores undersøgelse, og nedenfor er de detaljerede beskrivelser af algoritmen og protokol af vores metode.
Vi har implementeret sidder metode med hybrid QM/MM potentialer. Det effektive potentiale af sidder blev defineret til at omfatte den potentielle energi ved forskellige temperaturer med vægtningsfaktorerne nk til at dække bredere temperaturintervaller,
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ01.jpg">
hvor, n er antallet af kanoniske termer, βk er den inverse temperatur, og nk er den tilsvarende vægtningsfaktor for hver kanonisk komponent. UE (R) og UN(r) repræsenterer de forbedrede og ikke-forbedrede vilkår i sidder og defineres
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ02.jpg">
U s, uSe og ue er den potentielle energi af sub-system, samspillet mellem sub-system og miljøet, og den potentielle energi i miljøet. QM/MM-potentialet udtrykkes som en hybrid summation af tre komponenter,
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ03.jpg">
hvor uQM, uQM/mmog umm er den interne energi periode for QM-delsystemet, interaktions energien mellem QM-og mm-områderne og interaktions energien inden for mm-delsystemet. U-QM/mm -udtrykket kan yderligere opdeles i tre komponenter, som omfatter elektrostatiske, Van der Waals og kovalent interaktion energi termer mellem QM og mm atomer,
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ04.jpg">
Vi tildeler <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ05.jpg"> </img>, og <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ06.jpg"> i en Us sigt i sidder,
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ07.jpg">
Det fulde potentiale af systemet blev derefter nedbrydes til energi i delsystemet us, samspillet mellem delsystemet og miljøet uSeog energi i miljøet ue. For eksempel, i systemet af det nuværende arbejde, delsystemet er porphycence, og miljøet vandet.
PMF-profilen langs en kollektiv variabel τ(R) er afledt som
<img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ08.jpg">
De generelt anvendte reaktions koordinater for hver brint overførsel af N1−H1· · · N2 er q1 = (r1−r2)/2 og q2 = r1 + r2, hvor1 er afstanden mellem N1 og H1, og r2 er afstanden H1-N2.
Metoden er implementeret i QM/MM MD-simulerings pakken QM4D20. Den komplette kildekode og dokumentation kan findes her: http://www.qm4d.info/.
Generelt, sidder-QM/MM MD simuleringer involverer fire trin: præ-ligevægt (præ-sidder); optimering nk (Opt-sidder); produktions simulering og dataanalyse.

<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

Den enkelte deuterium substitution i porphycene fører til en asymmetrisk Molekylær geometri, som kan påvirke den dobbelte proton overføringsproces i porphycenmolekylet. I denne undersøgelse anvendte vi en forbedret QM/mm metode kaldet sidder-QM/mm til at undersøge hydrogen/deuterium (H/D) isotop effekter på den dobbelte proton overførsel i porphycene. Afstands ændringer i i-QM/MM molekylære dynamik simuleringer tydede på, at deuterium substituerede porphycen indførte den trinvise dobbelte proton overførings mekanisme. Den strukturelle analyse og de frie energiskift af dobbelt proton overføringsproces indikerede, at den asymmetriske isotop substitution subtilt komprimerede de kovalente hydrogenbindinger og kan ændre den oprindelige overgangs tilstands placering.

Den enkelte deuterium substitutionseffekt på dobbelt proton overføringsproces i porphycene blev undersøgt i den nuværende protokol (figur 1). Den potentielle energi af QM sub-system og vandet under præ-ligevægt og optimering trin blev kontrolleret for at sikre, at energien er blevet udvidet til et bredere energiområde (figur 2). De repræsentative afstands-og vinkelændringer (figur 3 og figur 4)...

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

Her præsenteres en protokol, der bruger udvidet QM/MM-metode til at undersøge isotop effekten på den dobbelte proton overføringsproces i porphycene.

Isotop effekt i dobbelt proton overførsel proces af Porphycen undersøgt ved forbedret QM/MM metode

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

En forbedret QM / MM metode overvinder simple problemer i normal QM / MM simulering. Six QM/MM-metoden accelererer den valgte samling for QM-regionen og kan opfange de kemiske reaktionsveje, hvilket resulterer i at definere reaktionskoordinat. Med denne protokol, vi med succes fanget en kemisk reaktion veje dobbelt proton overførsel og en afsløre en deuterium substitution effekt på en overførsel mekanisme af proveni i vand.Protokollen kan bruges til at udforske halogen eller vores deuterium substitution i varme identifikation i narkotika opdagelse. Den største fordel ved Six QM / MM Metode er, at vi ikke har brug for det til at definere saltlage reaktion koordinere eller indføre en enhed til kemisk reaktion vej, når du udforsker reaktionsmekanisme. gøre det muligt for os at identificere mulige reaktionsveje, der ind fra at reagere.Den metode, der kan anvendes og udvides til en høj kvalitetsmetode, og det kan blive et vigtigt redskab til at undersøge reaktionsmekanismen for kemisk reaktion i opløsning. For at starte denne procedure skal du starte forudindstillingerne ved at angive runtype som 100, temp0 som 300, templow som 260, temphigh som 1300 og trin som 120.000 i inputfilen. Derefter skal du udstede den relevante kommando som vist her.I den forudindstillede fase skal du overvåge energien i hvert ord for at beregne middelværdierne. Brug grep Linux-kommandoerne til at udtrække energien. Hvis du vil ændre de gennemsnitlige energier i md-input-filen, skal du beregne de gennemsnitlige energier baseret på outputtet fra den forrige kommandolinje og ændre v-shift-linjen i inputfilen med de nyligt genererede gennemsnit.Start forskydninger i QM4D-programmet ved at skrive kommandoen for at starte optimeringstrinnet. Dernæst sætte energi formering med nåde program, og sørg for energiudsving kan dække de laveste og de højeste ender af temperaturområdet. Efter optimering skal du gemme de endelige nk-værdier for forskydningstrinnet til en ny fil, der hedder nk.i denne protokol. Hvis du vil forberede md-input-filen, skal du angive kørselstypen som én i den nye inputfil for at starte trinnet til produktionssimuleringer. Angiv filnavnet med den gemte nk-fil som nkfile nk.i inputfilen. Antallet af tidstrin blev sat som 6.400.000 i de nuværende systemer. Simuleringstælleren er systemafhængig, så skift simuleringsstaten baseret på dit specifikke behov.Vælg et korrekt antal tidstrin, der skal bruges til marginal overgang mellem forskellige tilstande til dit eget system. Initialer produktionen i denne simulering ved at udstede den relevante kommando til at starte MD Simuleringer. Hvis du vil overvåge bindingsformnings- og brudprocessen i produktionsfasen, skal du bruge grep-kommandoen til at kontrollere afstandsændringerne for H1N1 og H1N2 i simuleringstiden.Den samme operation kan udføres for H2N3 og H2N4. Tilslut derefter afstandsudruleringen ved hjælp af den akkumulerede afstandsværdi under produktionens simuleringer. Uddrag reaktionskoordinaterne og energibetingelserne fra produktionsoutputfilen, der genereres af kommandoen QM4D af grep.Organiser dataene i fire kolonner, og skriv dem i datafilen på hver tidsramme. Beregn den frie energi ved at udstede den relevante kommando. Endelig, at projicere den frie energi på de to-dimensionelle landskab, skal du skrive den relevante kommando.Enkeltdeuterium substitutionseffekten på dobbelt protonoverførselsproces i porfyknium blev undersøgt i den nuværende protokol. Den potentielle energi i QM-delsystemet og vandet under førligevægts- og optimeringstrinnene blev kontrolleret for at sikre, at energien i QM-regionen var blevet udvidet til et bredere energiområde uden at påvirke miljøets energi. De repræsentative afstands- og vinkelændringer, og de forventede frie energiændringer blev brugt til at karakterisere deuterium substitutionseffekten på porfykninens geometri og protonoverførselsproces.Six QM/MM-metoden opnår forbedret samling i energirummet. Det specificerede fusionsområde bør sikre en udvidet energidistribution. Denne metode ikke kun fange toppen af reaktion kanal, du fik kan overføre, men det har også et potentiale for at identificere reaktion produkter fra normen reaktion stater skyldes reaktionsmekanisme.Denne protokol fungerer som udgangspunkt for at undersøge de kemiske reaktionsmekanismer i et kondenseret miljø. Højere niveau QM metoder kan let kombineres med Six QM / MM metode til at udforske mere komplekse systemer i fremtiden.

Research

JoVE Journal

Chemistry

High Precision Zinc Isotopic Measurements Applied to Mouse Organs

High Precision Zink Isotopiske Målinger Anvendt til Mouse organer

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

Layer-by-lags Syntese og overførsel af Fritstående Konjugerede Mikroporøse Polymer 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

Syntese og Eksfoliering af Discotic Zirconium Fosfater fås Kolloid Flydende Krystaller

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

Radioaktiv mærkning og kvantificering af cellulære niveauer af phosphoinositider af højtryksvæskekromatografi-koblede Flow Scintillation

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

Karakterisering, Kvantificering og Compound-specifikke isotopanalyse pyrogenfrihed Carbon Brug Benzen polycarboxylsyrer (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

Bestemmelse af carbonylfunktionelle grupper i Bio-olier ved potentiometrisk titrering: The Faix Method

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 '

Photoelectron billeddannelse af anioner illustreret ved 310 Nm udstationering af F−

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

Syntese af blød Polysiloxane-urea elastomerer intraokulær linse anvendelse

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

Niobium oxid-film deponeret af reaktiv sputtering: effekt af Iltstrømnings hastighed

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

Automatiseret prøve multiplexing ved hjælp af kombineret precursor isotop mærkning og isoobaric tagging (cPILOT)

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