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 forskningen er understøttet av det nasjonal nøkkel forskning og utviklingen program av porselen (2017YFA0206801, 2018YFA0208600), naturlig vitenskap opprettelsen av Jiangsu område, og nasjonal naturlig vitenskap opprettelsen av porselen (91645116). L. X er den Zhong-Wu spesielt utnevnt professor i Jiangsu University of Technology. Forfatterne erkjenner forslagene fra Dr. Hao Hu og Dr. Mingjun Yang.

1. bygnings modell
<ol><li>
Bygg porphycene struktur: Åpne GaussView programvare ved å dobbeltklikke på musen. Klikk deretter element fragment knappen i menyen på GaussView å velge de nødvendige elementene. Konstruere porphycene. Klikk deretter fil- knappen for å lagre som pdb-filen.</li>
	<li>
Solvate modellen: Solvate porphycene i en kubikk TIP3P21 vann boks med en kant...

<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>

Porphycene struktur ble vist i figur 1. Den elektrostatiske embedding QM/mm hybrid potensialet med sitter metoden ble brukt for å beskrive de kjemiske reaksjonene i vann23,24. Det Proton forflytning hender innen porphycene3 og således porphycene er sette idet QM område og det påminner vann er sette idet mm område. Heri vi vedtatt DFTB/Mio som vår QM metode for å behandle porphycene ved å balansere effe...

Den Proton overføringsprosessen i porphycenes holder potensielle applikasjoner i utviklingen av molekylær brytere, transistorer og informasjonslagring enheter1,2. Spesielt tautomeri i porphycenes gjennom doble Proton overføringsprosessen har tiltrukket bred interesse innen feltene spektroskopi og photophysics2. Den indre hydrogenatomer av porphycene kan migrere fra en trans isomer til den andre tilsvarende trans isomer gjennom dobbel Proton overføringsprosessen som vist i figur 1. To mekanismer har blitt foreslått for den doble Proton overføringsprosessen: den felles og trinnvis mekanisme3,4. I den felles doble Proton overføringsprosessen, både Proton atomer flytte til overgangen staten synkront i en symmetrisk måte, mens en Proton fullfører overføringen før den andre Proton i en trinnvis prosess. To hydrogenatomer kan overføre samtidig eller trinnvis avhengig av korrelasjons styrke mellom to hydrogenatomer5.
Isotopanrikning substitusjon har blitt brukt til å oppdage de strukturelle egenskapene til molekyler og rangere konstanter av reaksjonen Kinetics6. Enkelt deuterium substitusjon i indre hydrogen av porphycene fører til en asymmetrisk form av molekylet. Hydrogen bindingen kan utvide eller kontrakt på grunn av masse forskjell mellom hydrogen og deuterium atomer. Isotopanrikning substitusjon introduserer en forstyrrelsene i stillaset i porphycene. Spørsmålet melder at om asymmetrisk struktur vil påvirke Proton overføringsprosessen. Limbach og kollegaer rapporterte at utskifting av hydrogen med deuterium vil komprimere både hydrogen obligasjoner, og samarbeidende kopling av to hydrogen obligasjoner i porphycene kan favorisere felles mekanisme7, mens Yoshikawa uttalte deuteration ville gjøre trinnvis mekanismen bidra mer enn den felles mekanismen8. Eksperimentelle teknikker, som Force spektroskopi, har blitt utviklet for å fange tautomeri detaljer i en enkelt porphycene9. Men det er fortsatt utfordrende å bestemme Atomic detaljer om Proton overføre eksperimentelt på grunn av sin forbigående natur.
Teoretiske beregninger og simuleringer kan fungere som komplementære verktøy i Elucidating reaksjons mekanismer av Proton overføring. Blant ulike teoretiske metoder, molekylær dynamikk (MD) simuleringer kan overvåke dynamiske bevegelser av hvert Atom, og har vært mye brukt til å avdekke komplekse mekanismer i kjemiske og enzymatisk reaksjoner. Men vanlige MD simuleringer tendens til å lide av utilstrekkelig prøvetaking problemet, spesielt når høy energi barriere finnes i prosessen av interesse. Derfor har forbedrede Prøvetakings metoder blitt utviklet, som inkluderer overgangs bane sampling10,11, paraply prøvetaking (US)12,13, og integrert tempering prøvetaking (Its)14, 15av dem. Kombinasjon av ulike forbedrede sampling metoder kan ytterligere øke sampling effektivitet16,17,18. For å utnytte den forbedrede prøvetaking algoritmer i simulere kjemiske reaksjoner, har vi implementert selektiv integrert tempering prøvetaking (sitter) metode med Quantum mekaniske og molekylære mekaniske (QM/MM) potensialer nylig19. Den foreslåtte sitter-QM/MM metoden kombinerer fordelene fra begge metodene: den sitter metoden akselererer prøvetaking og kan utforske alle mulige reaksjons kanaler uten forkunnskaper i reaksjons mekanismen, og QM/MM gir mer nøyaktig beskrivelse av obligasjons-og obligasjons prosess, som ikke bare kan bli simulert av MM-metoder. Den implementerte sitter-QM/MM tilnærming har lykkes avdekket felles dobbel Proton overføring, uncorrelated og korrelert trinnvis doble Proton overføre mekanisme i ulike systemer, uten pre-definerende reaksjons koordinater19. For porphycene, den trinnvis men korrelert Proton overføring karakter har blitt rapportert19. Hybrid sitter-QM/MM metoden ble brukt til å undersøke isotopanrikning effekt i porphycene i studien vår, og nedenfor er de detaljerte beskrivelser av algoritmen og protokollen av vår metode.
Vi har implementert sitter metode med hybrid QM/MM potensialer. Den effektive potensialet i sitter ble definert til å omfatte den potensielle energien ved ulike temperaturer med vekting faktorer nk for å dekke større temperaturområder,
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ01.jpg">
hvor, N er antall kanoniske termer, βk er den inverse temperaturen, og Nk er den tilsvarende vekting faktoren for hver kanoniske komponent. UE (R) og UN(r) representerer de forbedrede og ikke-forbedrede vilkårene i sitter og er definert som,
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ02.jpg">
U s, use og Ue er den potensielle energien i sub-system, samspillet mellom sub-system og miljø, og den potensielle energien i miljøet. QM/MM potensial uttrykkes som en hybrid summering av tre komponenter,
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ03.jpg">
der uQM, uQM/mm, og umm er den interne energien sikt av QM Subsystem, samspillet energien mellom QM og mm regioner, og samspillet energi i mm Subsystem, henholdsvis. UQM/mm sikt kan videre deles inn i tre komponenter, som inkluderer den elektrostatiske, Van der Waals, og kovalente SAMSPILL energi vilkår mellom 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 sikt i sitter,
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ07.jpg">
Det fulle potensialet i systemet ble deretter nedbrutt inn i energien i Subsystem us, samspillet energi mellom delsystemet og miljøet use, og energien i miljøet ue. For eksempel, i systemet av dagens arbeid, er delsystemet porphycence, og miljøet vannet.
PMF-profilen langs en kollektiv variabel τ(R) er avledet AS,
<img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ08.jpg">
De generelt brukte reaksjons koordinatene for hver hydrogen overføring av N1−H1· · · N2 er q1 = (r1−r2)/2 og q2 = r1 + r2, hvor er1 er avstanden til N1-H1 og r2 er avstanden til H1-N2.
Metoden er implementert i QM/MM MD simulering pakken QM4D20. Den fullstendige kildekoden og dokumentasjonen finner du her: http://www.qm4d.info/.
Generelt, den sitter-QM/MM MD simuleringer innebære fire trinn: pre-likevekt (pre-sitter); optimalisering nk (opt-sitter); produksjons 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

Singelen deuterium substitusjon i porphycene fører til en asymmetrisk molekyl geometri, som kan påvirke den doble Proton overføringsprosessen i porphycene molekylet. I denne studien, brukte vi en forbedret QM/MM-metoden kalt sitter-QM/MM for å undersøke hydrogen/deuterium (H/D) isotop effekter på dobbel Proton overføringen i porphycene. Avstandsendringer i sitter-QM/MM molekylær dynamikk simuleringer foreslo at deuterium erstattet porphycene vedtatt trinnvis doble Proton overføring mekanisme. Den strukturelle analyse og fri energi Skift av doble Proton overføringsprosessen indikerte at den asymmetriske isotopanrikning substitusjon subtilt komprimerte kovalente hydrogen obligasjoner og kan endre den opprinnelige overgangen staten plassering.

Singelen deuterium substitusjon effekt på dobbelt Proton overføringsprosessen i porphycene ble undersøkt i den aktuelle protokollen (figur 1). Den potensielle energien til QM sub-system og vann under pre-likevekt og optimalisering trinn ble sjekket for å sikre at energien har blitt utvidet til et bredere energi område (figur 2). Den representative avstand og vinkel endringer (Figur 3 og Figur 4), o...

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

En protokoll som bruker forbedret QM/MM-metoden til å undersøke den isotopanrikning effekten på den doble Proton overføringsprosessen i porphycene er presentert her.

Isotopanrikning effekt i Double Proton overføringsprosessen av Porphycene undersøkt av Enhanced 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 overvinner enkle problemer i normal QM/MM-simulering. Six QM/MM-metoden akselererer valgenheten for QM-regionen, og kan fange opp de kjemiske reaksjonsveiene, noe som fører til å definere reaksjonskoordinat. Med denne protokollen fanget vi vellykket en kjemisk reaksjonsveier for dobbel protonoverføring og en avslørende en deuteriumsubstitusjonseffekt på en overføringsmekanisme av proveniens i vann.Protokollen kan brukes til å utforske halogen eller vår deuteriumsubstitusjon i varmeidentifikasjon i narkotikaoppdagelse. Den største fordelen med Six QM/MM Method er at vi ikke trenger det for å definere saltlake reaksjonskoordinat eller introdusere en enhet for kjemisk reaksjonsvei når vi utforsker reaksjonsmekanismen. gjøre oss i stand til å identifisere mulige reaksjonsveier som kommer fra å reagere.Metoden som kan brukes og utvides til et høyt nivå QM-metode, og det kan bli et viktig verktøy for å undersøke reaksjonsmekanismen for kjemisk reaksjon i løsningen. Hvis du vil starte denne prosedyren, starter du forhåndsinnstillingene ved å angi runtype som 100, temp0 som 300, templow som 260, temphigh som 1300 og trinn som 120 000 i inndatafilen. Deretter utsteder du den aktuelle kommandoen som vist her.Under det forhåndsinnstilte stadiet overvåker du energien til hver term for å beregne gjennomsnittsverdiene. Bruk grep Linux-kommandoene til å trekke ut energien. Hvis du vil endre gjennomsnittsenergiene i filen md-input, beregner du gjennomsnittsenergiene basert på utdataene fra den forrige kommandolinjen, og endrer v-shift-linjen i inndatafilen med de nylig genererte gjennomsnittene.Start forskyvninger i QM4D-programmet ved å skrive inn kommandoen for å starte optimaliseringstrinnet. Deretter kobler du energiforplantningen til nådeprogrammet, og sørger for at energisvingningene kan dekke de laveste og høyeste endene av temperaturområdet. Etter optimalisering lagrer du de endelige nk-verdiene for offset-trinnet i en ny fil som heter nk.i denne protokollen. Hvis du vil klargjøre md-input-filen, angir du runtypen som en i den nye inndatafilen for å starte trinnet for produksjonssimuleringer. Angi filnavnet med den lagrede nk-filen som nkfile nk.i inndatafilen. Antall tidstrinn ble satt som 6, 400, 000 i dagens systemer. Simuleringstelleren er systemavhengig, så endre simuleringsstatistikken basert på ditt spesifikke behov.Velg et riktig tidstrinn som skal brukes for marginal overgang mellom ulike tilstander for ditt eget system. Første gang produksjonen i denne simuleringen, ved å utstede den aktuelle kommandoen for å starte MD-simuleringer. Hvis du vil overvåke bindingsformings- og bryteprosessen i produksjonsfasen, bruker du grepkommandoen til å kontrollere avstandsendringene til H1N1 og H1N2 langs simuleringstiden.Den samme operasjonen kan utføres for H2N3 og H2N4. Deretter kobler du avstandsoverføringen ved hjelp av den akkumulerte avstandsverdien under produksjonens simuleringer. Trekk ut reaksjonskoordinatene, og energibetingelsene fra produksjonsutdatafilen generert av QM4D av grep-kommandoen.Organiser dataene i fire kolonner, og skriv dem inn i datafilen ved hver tidsramme. Beregn fri energi ved å utstede den aktuelle kommandoen. Til slutt, for å projisere den frie energien på det todimensjonale landskapet, skriver du inn den aktuelle kommandoen.Den enkle deuterium substitusjonseffekten på dobbel protonoverføringsprosess i porfyren ble undersøkt i gjeldende protokoll. Den potensielle energien i QM-delsystemet, og vannet under pre-likevekt og optimaliseringstrinn ble kontrollert for å sikre at energien i QM-regionen hadde blitt utvidet til et bredere energiområde, uten å påvirke energien i miljøet. De representative avstands- og vinkelendringene, og de forventede frie energiendringene ble brukt til å karakterisere deuteriumsubstitusjonseffekten på geometrien og protonoverføringsprosessen til porfyren.Six QM/MM-metoden oppnår forbedret montering i energirommet. Det angitte fusjonsområdet bør oppnå utvidet energifordeling. Denne metoden ikke bare fange toppen av reaksjonskanalen du fikk kan overføre, men det har også et potensial for å identifisere reaksjonsprodukter fra normreaksjonsstater som følge av reaksjonsmekanisme.Denne protokollen fungerer som et utgangspunkt for å undersøke de kjemiske reaksjonsmekanismene i et kondensert miljø. QM-metoder på høyere nivå kan enkelt kombineres med Six QM/MM-metoden for å utforske mer komplekse systemer i fremtiden.

Research

JoVE Journal

Chemistry

High Precision Zinc Isotopic Measurements Applied to Mouse Organs

Høy presisjon Zinc isotop målinger som brukes for Muse Organs

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

Lag-på-lag Syntese og overføring av Frittstående Conjugated 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 Peeling av Discotic Zirkonium Fosfater henter Kolloidalt Liquid Crystals

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

Radiomerking og Kvantifisering av Cellular Nivåer av Phosphoinositides ved HPLC-coupled 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, Kvantifisering og Compound-spesifikke Isotop Analyse av Pyrogen Carbon Bruke Benzen polykarboksylsyrer (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

Fastsettelse av Karbonyl funksjonelle grupper i bio-oljer av Potensiometrisk 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 avbildning av anioner illustrert av 310 Nm avdeling av 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 av myke Polysiloxane-urea elastomerer for intraokulært linsen program

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 oksid filmer avsatt av reaktiv sputtering: effekten av oksygen flow rate

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

Automatisert prøvemult multipleksing ved hjelp av kombinert forløper isotopisk merking og isobar tagging (cPILOT)

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