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

이 연구는 중국의 국가 핵심 연구 개발 프로그램 (2017YFA0206801, 2018YFA0208600), 장쑤성 자연 과학 재단 및 중국 국립 자연 과학 재단 (91645116)에 의해 지원됩니다. L.X는 장쑤성 공과대학의 중우 특별 임명 교수입니다. 저자들은 하오 후 박사와 양명준 박사의 제안을 인정합니다.

1. 건물 모델
<ol><li>
포르피센 구조 구축: 마우스를 두 번 클릭하여 GaussView 소프트웨어를 엽니다. 그런 다음 GaussView 메뉴에서 요소 조각 단추를 클릭하여 필요한 요소를 선택합니다. 포르피센을 구성합니다. 그런 다음 파일 단추를 클릭하여 pdb 파일로 저장합니다.</li>
	<li>
모델 용해: 리눅스 운영 체제에서 ?...

<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>

포르피센의 구조는 도 1에나타내었도. SITS 방법을 이용한 정전기 임베딩 QM/MM 하이브리드 전위를 물23,24에서화학 반응을 기술하는데 사용되었다. 양성자 전달은 포르피센3 내에서 발생하므로 포르피센은 QM 영역으로 설정되고 상기물은 MM 영역으로 설정됩니다. 여기서 우리는 효율성과 정확도(22,...

포르피세인의 양성자 전달 과정은 분자 스위치, 트랜지스터 및 정보 저장장치 개발에 잠재적인 응용 프로그램을 보유1,2. 특히, 이중 양성자 전달 과정을 통한 포피센의 타우토메화는 분광학 및 광물리학2분야에 큰 관심을 받고 있다. 포르피센의 내부 수소 원자는 도 1에 도시된 바와 같이 이중 양성자 전달 과정을 통해 다른 상응하는 트랜스 이소머로 하나의 트랜스 이소머로부터 마이그레이션될 수 있다. 이중 양성자 전달 과정에 대해 두 가지 메커니즘이 제안되었다:협연 및 단계적 메커니즘 3,4. 이중 양성자 전달 과정에서, 두 양성자 원자는 대칭방식으로 동기적으로 전환 상태로 이동하는 반면, 한 양성자들은 단계적 과정에서 다른 양성자 보다 더 많은 양상자 보다 전사를 완료한다. 2개의 수소 원자는 2개의 수소 원자5사이의 상관 강도에 따라 동시에 또는 단계적으로 전달될 수 있다.
동위원소 치환은 반응 역학의 분자 및 속도 상수의 구조적 특성을 검출하는 데 사용되어 왔다6. 포르피센의 내부 수소에서의 단일 중수소 치환은 분자의 비대칭 형상으로 이어집니다. 수소 결합은 수소와 중수소 원자 사이의 질량 차이로 인해 확장되거나 수축될 수 있습니다. 동위원소 치환은 포르피센의 스캐폴드에서 섭동을 도입한다. 문제는 비대칭 구조가 양성자 전달 과정에 영향을 미칠 지 여부가 발생합니다. Limbach와 동료들은 중수소로 수소를 교체하면 수소 결합을 압축할 수 있으며, 포르피센에 있는 두 개의수소 결합의 협력 결합은 공동 메커니즘 7을 선호할 수 있다고 보고했지만, 요시카와는 deuteration는 단계적 메커니즘이 협조된 메커니즘8보다더 많은 기여를 할 것입니다. 힘 분광법과 같은 실험 기술은 단일 포르피센 9에서 tautomerization 세부사항을 캡처하기 위해 개발되었습니다. 그러나, 그것의 일시적인 성격 때문에 양성자 전송의 원자 세부 사항을 실험적으로 결정하기 위하여 아직도 도전적입니다.
이론적 계산 및 시뮬레이션은 양성자 전달의 반응 메커니즘을 해명하는 보완 적 도구 역할을 할 수 있습니다. 다양한 이론적 방법 중에서 분자 역학(MD) 시뮬레이션은 각 원자의 동적 움직임을 모니터링할 수 있으며 화학 및 효소 반응의 복잡한 메커니즘을 밝히는 데 널리 사용되었습니다. 그러나 정기적인 MD 시뮬레이션은 특히 관심 있는 프로세스에 높은 에너지 장벽이 있는 경우 샘플링 문제가 부족한 경향이 있습니다. 따라서, 전이 경로 샘플링10,11,우산 샘플링(US)12,13,및 통합 템퍼링 샘플링(ITS)14, 15. 다른 향상된 샘플링 방법의 조합은 샘플링 효율16,17,18을더욱 증가시킬 수 있습니다. 화학 반응을 시뮬레이션할 때 향상된 샘플링 알고리즘을 활용하기 위해 최근19일양자 기계 및 분자 기계(QM/MM) 잠재력을 갖춘 선택적 통합 템퍼링 샘플링(SITS) 방법을 구현했습니다. 제안된 SITS-QM/MM 방법은 두 가지 방법의 장점을 결합합니다: SITS 방법은 샘플링을 가속화하고 반응 메커니즘에 대한 사전 지식 없이 가능한 모든 반응 채널을 탐색할 수 있으며, QM/MM은 보다 정확한 설명을 제공합니다. MM 메소드로만 시뮬레이션할 수 없는 본드 형성 및 본드 브레이킹 공정. 구현된 SITS-QM/MM 접근법은 반응 좌표19를미리 정의하지 않고 서로 다른 시스템에서 서로 다른 시스템에서 협연된 이중 양성자 전달, 상관관계가 없는 및 상관관계가 있는 이중 양성자 전달 메커니즘을 성공적으로 발견했습니다. 포르피센의 경우, 단계적이지만 상관관계가 있는 양성자 전사 문자는19로보고되었다. 하이브리드 SITS-QM/MM 방법은 당사의 연구에서 포르피센에서 동위원소 효과를 조사하는 데 사용되었으며, 아래는 당사의 방법의 알고리즘 및 프로토콜에 대한 자세한 설명입니다.
우리는 하이브리드 QM / MM 잠재력을 가진 SITS 방법을 구현했습니다. SITS의 유효 잠재력은 더 넓은 온도 범위를 커버하기 위해 가중치 계수 nk와 다른 온도에서 잠재적 인 에너지를 포함하도록 정의되었다,
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ01.jpg">
여기서 N은 표준 용어의 수이고, βk는 역온도이고, nk는 각 표준 성분에 대한 해당 가중치 요소입니다. UE (R) 및 UN(R)은 SITS에서 향상된 용어와 비강화 된 용어를 나타내며,
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ02.jpg">
U (미국) s, Use 및 Ue는 하위 시스템의 잠재적 에너지, 하위 시스템과 환경 간의 상호 작용 및 환경의 잠재적 에너지입니다. QM/MM 전위는 세 가지 구성 요소의 하이브리드 합계로 표현되며,
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ03.jpg">
여기서 Uqm, Uqm/mm및 Umm는 QM 서브시스템의 내부 에너지 용어, QM 및 MM 영역 간의 상호 작용 에너지, MM 서브시스템 내의 상호 작용 에너지입니다. Uqm/mm 항은 정전기, 반 데르 발스 및 QM과 MM 원자 사이의 공유 상호 작용 에너지 용어를 포함하는 세 가지 구성 요소로 더 나눌 수 있습니다.
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ04.jpg">
우리는 <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ05.jpg"> </img> <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ06.jpg"> SITS에서 하나의 U s 용어에 할당하고,
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ07.jpg">
시스템의 전체 잠재력은 서브 시스템 U s의 에너지로 분해된 후, 서브시스템과 환경 간의 상호 작용 에너지 U se,및 환경 Ue의에너지. 예를 들어, 본 작업의 시스템에서, 하위 시스템은 포르피시, 그리고 환경 물이다.
집단 변수 θ(R)를따라 PMF 프로파일은,
<img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ08.jpg">
N1의각 수소 전달에 대한 일반적으로 사용되는 반응 좌표 -H1··· N2는 q1 = (r1-r2)/2 및 q2 = r1 + R2이며,여기서1은 N1-H1의 거리이고 r2는 의 거리입니다. H1-N2.
이 방법은 QM/MM MD 시뮬레이션 패키지 QM4D20에구현되었습니다. 전체 소스 코드 및 설명서는 여기에서 찾을 수 있습니다: http://www.qm4d.info/.
일반적으로 SITS-QM/MM MD 시뮬레이션에는 사전 평형(사전 앉아 있음)의 네 단계가 포함됩니다. 최적화 nk (옵트-앉아); 생산 시뮬레이션 및 데이터 분석.

<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

포르피센의 단일 중수소 치환은 비대칭 분자 기하학으로 이어지며, 이는 포르피센 분자에서 이중 양성자 전달 과정에 영향을 미칠 수 있다. 이 연구에서는 SITS-QM/MM이라는 향상된 QM/MM 방법을 적용하여 포르피센의 이중 양성자 전달에 대한 수소/중수소(H/D) 동위 원소 효과를 조사했습니다. SITS-QM/MM 분자 역학 시뮬레이션의 거리 변화는 중수소 치환 포르피센이 단계별 이중 양성자 전달 메커니즘을 채택했다는 것을 시사했다. 이중 양성자 전달 공정의 구조적 분석 및 자유 에너지 이동은 비대칭 동위원소 치환이 공유 수소 결합을 미묘하게 압축하고 원래의 전이 상태 위치를 변경할 수 있음을 나타냈다.

포르피센에서의 이중 양성자 전달 과정에 대한 단일 중수소 치환 효과를 현재프로토콜에서 조사하였다(도 1). 사전 평형 및 최적화 단계 동안 QM 서브 시스템 및 물의 잠재적 에너지가 더 넓은 에너지 범위로 확대되었는지확인하였다(그림 2). 대표적인 거리 및 각도 변화(도3 및 도4) 및 투영된 자유 에너지 변?...

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

포르피센에서 이중 양성자 전달 과정에 대한 동위원소 효과를 조사하기 위해 향상된 QM/MM 방법을 사용하는 프로토콜이 여기에 제시된다.

향상된 QM/MM 방법으로 조사된 포르피센의 이중 양성자 이송 과정에서 동위원소 효과

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

향상된 QM/MM 메서드는 일반 QM/MM 시뮬레이션에서 간단한 문제를 극복합니다. 6개의 QM/MM 방법은 QM 영역에 대한 선택 어셈블리를 가속화하고, 화학 반응 경로를 캡처하여 반응 좌표를 정의할 수 있다. 이 프로토콜을 통해 이중 양성자 전달의 화학 반응 경로를 성공적으로 포착하고 물에서 입증된 전달 메커니즘에 대한 중음염 대체 효과를 공개했습니다.프로토콜은 할로겐 또는 약물 발견에서 열 식별에 우리의 중장 대체를 탐구하는 데 사용할 수 있습니다. 6개의 QM/MM 방법의 주요 장점은, 반응 메커니즘을 탐구할 때 염수 반응 좌표를 정의하거나 화학 반응 경로를 위한 장치를 소개할 필요가 없다는 것입니다. 반응에서 가능한 반응 경로를 식별할 수 있습니다.높은 수준의 QM 방법으로 사용되고 확장될 수 있는 방법은 용액에서 화학 반응에 대한 반응 메커니즘을 조사하는 중요한 도구가 될 수 있다. 이 절차를 시작하려면 런형을 100으로 설정하여 사전 설정을 시작, temp0을 300으로, 260으로 온도, 1300으로 시간조, 입력 파일에서 120, 000으로 단계. 그런 다음 여기에 표시된 대로 적절한 명령을 발행합니다.미리 설정된 단계에서 각 용어의 에너지를 모니터링하여 평균 값을 계산합니다. grep 리눅스 명령을 사용하여 에너지를 추출합니다. md 입력 파일의 평균 에너지를 수정하려면 이전 명령줄의 출력에 따라 평균 에너지를 계산하고 새로 생성된 평균으로 입력 파일의 V-shift 선을 수정합니다.최적화 단계를 시작하기 위해 명령을 입력하여 QM4D 프로그램에서 오프셋을 시작합니다. 다음으로, 에너지 전파를 유예 프로그램과 연결하고 에너지 변동이 온도 범위의 가장 낮은 끝과 가장 높은 끝을 커버할 수 있는지 확인합니다. 최적화 후 오프셋 단계의 최종 nk 값을 nk라는 새 파일에 저장합니다.이 프로토콜에서 dat. md 입력 파일을 준비하려면 runtype을 새 입력 파일의 하나로 설정하여 프로덕션 시뮬레이션 단계를 시작합니다. 저장된 nk 파일로 파일 이름을 nkfile nkfile로 지정합니다.입력 파일에 dat. 현재 시스템에서 시간 단계수가 6, 400, 000으로 설정되었습니다. 시뮬레이션 카운터는 시스템에 따라 달라지므로 특정 수요에 따라 시뮬레이션 통계를 변경합니다.자신의 시스템에 대해 다른 상태 간의 한계 전환에 사용할 적절한 시간 단계를 선택합니다. MD 시뮬레이션을 시작하는 적절한 명령을 실행하여 이러한 시뮬레이션에서 프로덕션을 초기화합니다. 생산 단계에서 결합 형성 및 파손 공정을 모니터링하려면 grep 명령을 사용하여 시뮬레이션 시간을 따라 H1N1 및 H1N2의 거리 변화를 확인합니다.H2N3 및 H2N4에서도 동일한 작업을 수행할 수 있습니다. 그런 다음 프로덕션 시뮬레이션 중에 누적된 거리 값을 사용하여 거리 전파를 연결합니다. grep 명령에 의해 QM4D에 의해 생성된 생산 출력 파일로부터 반응 좌표 및 에너지 용어를 추출한다.네 개의 열로 데이터를 구성하고 각 기간의 데이터 파일에 씁니다. 적절한 명령을 실행하여 자유 에너지를 계산합니다. 마지막으로, 2차원 풍경에 자유 에너지를 투영하려면 적절한 명령을 입력합니다.포르피센에서 이중 양성자 전달 과정에 대한 단일 중음제 치환 효과는 현재 의정서에서 검사되었다. QM 하위 시스템의 잠재적 에너지와 사전 평형 및 최적화 단계 중 의 물은 환경의 에너지에 영향을 주지 않고 QM 지역의 에너지가 더 넓은 에너지 범위로 확대되었는지 확인하기 위해 점검되었습니다. 대표적인 거리와 각도 변화, 투영된 자유 에너지 변화는 포르피센의 기하학 및 양성자 전달 과정에 대한 중투절 대체 효과를 특징짓는 데 사용되었다.6개의 QM/MM 방법은 에너지 공간에서 향상된 어셈블리를 달성합니다. 지정된 합병 범위는 확장된 에너지 분배를 달성해야 합니다. 이 방법은 전송할 수 있는 반응 채널의 상단을 캡처할 뿐만 아니라 반응 메커니즘으로 인한 표준 반응 상태에서 반응 제품을 식별할 가능성도 있습니다.이 프로토콜은 응축된 환경에서 화학 반응 메커니즘을 조사하기 위한 출발점역할을 한다. 더 높은 수준의 QM 메서드를 6개의 QM/MM 방법과 쉽게 결합하여 향후 보다 복잡한 시스템을 탐색할 수 있습니다.

Research

JoVE Journal

Chemistry

High Precision Zinc Isotopic Measurements Applied to Mouse Organs

마우스 기관에 적용 높은 정밀도 아연 동위 원소 측정

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 ...

연구

화학

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

레이어로 레이어 합성 및 독립 구조로 서있는 공역 미세 다공성 고분자 Nanomembranes의 전송

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

합성 및 디스코 틱 지르코늄 인산염의 각질 제거는 콜로이드 액체 크리스탈을 구하는

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

고성능 액체 크로마토 그래피 결합 흐름 섬광에 의한 방사성 표지 및 Phosphoinositides의 세포 수준의 정량화

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

특성, 벤젠 폴리 카르 복실 산을 사용하여 발열 성 탄소의 정량 및 화합물 특정 동위 원소 분석 (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

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 '

F− 의 310 Nm 분리에 의해 설명 하는 음이온의 광전자 이미징

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

안 구내 렌즈 응용 프로그램에 대 한 부드러운 Polysiloxane-우 레 탄성 체의 합성

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

반응성 스퍼터링에 의해 증착된 니오비움 옥사이드 필름: 산소 유량의 효과

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

결합된 전구체 이소토픽 라벨링 및 동서성 태그(cPILOT)를 사용하여 자동화된 샘플 멀티플렉스

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