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

Denna forskning stöds av det nationella centrala forsknings-och utvecklingsprogrammet i Kina (2017YFA0206801, 2018YFA0208600), Natural Science Foundation i Jiangsu-provinsen och Kinas National Natural Science foundation (91645116). L. X är Zhong-Wu särskilt utsedd professor i Jiangsu University of Technology. Författarna erkänner förslagen från Dr Hao HU och Dr Mingjun Yang.

1. byggnadsmodell
<ol><li>
Bygga porphycene struktur: Öppna Gaussview -programvaran genom att dubbelklicka på musen. Klicka sedan på element fragment knappen i menyn i gaussview att välja de nödvändiga elementen. Konstruera porphycene. Klicka sedan fil knappen för att spara som PDB-filen.</li>
	<li>
Solvate modellen: Solvate porphycene i en kubisk TIP3P21 vattenlåda med ...

<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>

Porfycens struktur visades i figur 1. Den elektrostatiska inbäddning QM/mm hybrid potential med sits metod användes för att beskriva de kemiska reaktionerna i vatten23,24. Proton transfer sker inom porphycene3 och därmed porphycene anges som QM regionen och påminna vatten anges som mm region. Häri antog vi dftb/Mio som vår QM metod för att behandla porphycene genom att balansera effektivitet och noggra...

Protonöverföringsprocessen i porphycenes rymmer potentiella tillämpningar för att utveckla molekylära switchar, transistorer och informations lagringsenheter1,2. I synnerhet, tautomerization i porphycenes genom dubbel Proton överföring process har lockat stort intresse inom områdena spektroskopi och foto fysik2. De inre väteatomerna i porphycene kan migrera från en trans -isomer till den andra likvärdiga trans isomer genom dubbel Proton transfer process som visas i figur 1. Två mekanismer har föreslagits för dubbel protonöverföringsprocessen: den samordnade och den stegkloka mekanismen3,4. I den samordnade dubbla protonöverföringsprocessen går båda protonatomerna över till övergångs staten synkront på ett symmetriskt sätt, medan en Proton Slutför överföringen inför den andra Proton i en stegvis process. Två väteatomer kan överföras samtidigt eller stegvis beroende på korrelations styrkan mellan två väteatomer5.
Isotop substitution har använts för att detektera strukturella egenskaper hos molekyler och Hastighetskonstanter av reaktionskinetik6. Enstaka deuterium substitution i den inre väte av porphycene leder till en asymmetrisk form av molekylen. Vätebindningen kan expandera eller kontrakt på grund av Mass skillnad mellan väte och deuteriumatomer. Isotop substitution introducerar en störning i den byggnadsställning av porphycene. Frågan uppkommer om huruvida en asymmetrisk struktur skulle påverka protontransferprocessen. Limbach och medarbetare rapporterade att utbytet av väte med deuterium kommer att komprimera både vätebindningar, och kooperativet koppling av två vätebindningar i porphycene kan gynna samordnad mekanism7, medan Yoshikawa uppgav deutereringen skulle göra stegvis mekanismen bidra mer än den samordnade mekanismen8. Experimentella tekniker, såsom kraft spektroskopi, har utvecklats för att fånga tautomerization detaljer i en enda porphycene9. Det är dock fortfarande utmanande att bestämma atomiska detaljerna i Proton transfer experimentellt på grund av dess övergående natur.
Teoretiska beräkningar och simuleringar kan fungera som kompletterande verktyg för att belysa Reaktionsmekanismerna i Proton transfer. Bland olika teoretiska metoder, molekylär dynamik (MD) simuleringar kan övervaka dynamiska rörelser av varje atom, och har använts i stor utsträckning för att avslöja komplexa mekanismer i kemiska och enzymatiska reaktioner. Men regelbundna MD simuleringar tenderar att lida av otillräcklig provtagning fråga, särskilt när hög energi barriär finns i processen av intresse. Därför har förbättrade provtagningsmetoder utvecklats, bland annat övergångsväg provtagning10,11, paraply provtagning (US)12,13, och integrerad temperering provtagning (ITS)14, 15. Kombinationen av olika förbättrade provtagningsmetoder kan ytterligare öka provtagnings effektiviteten16,17,18. För att utnyttja de förbättrade samplingsalgoritmerna vid simulering av kemiska reaktioner har vi genomfört den selektiva integrerade tempereringsprovtagningen (SITS) med kvantmekaniska och molekylära mekaniska (QM/MM) potentialer nyligen19. Den föreslagna sitter-QM/MM metoden kombinerar fördelarna från båda metoderna: den sitter metoden accelererar provtagning och kan utforska alla möjliga reaktions kanaler utan föregående kunskap om reaktionsmekanismen, och QM/MM ger mer exakt beskrivning av Bindnings-och obligations brytningsprocessen, som inte kan simuleras enbart med MM-metoder. Den genomförda sitter-QM/MM tillvägagångssätt har framgångsrikt upptäckt samordnade dubbel Proton överföring, okorrelerade och korrelerade stegvis dubbel Proton överföring mekanism i olika system, utan fördefinierade reaktion koordinater19. För porfycene har det stegvisa men korrelerade protonöverföringstecknet rapporterats19. Hybriden sitter-QM/MM metod användes för att undersöka isotopisk effekt i porphycene i vår studie, och nedan är de detaljerade beskrivningarna av algoritmen och protokoll för vår metod.
Vi har genomfört sitter metod med hybrid QM/MM potentialer. Den effektiva potentialen hos SITS definierades som att inkludera potentiell energi vid olika temperaturer med viktningsfaktorerna nk för att täcka bredare temperaturområden,
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ01.jpg">
där, n är antalet kanoniska termer, βk är inverterad temperatur, och nk är motsvarande viktningsfaktor för varje kanoniska komponent. UE R) och UN(r) representerar de förstärkta och icke-förstärkta termerna i sits och definieras
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ02.jpg">
U s, uSe och ue är den potentiella energin i sub-system, samspelet mellan under system och miljö, och den potentiella energin i miljön. QM/MM potential uttrycks som en hybrid summering av tre komponenter,
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ03.jpg">
där uQM, uQM/mm, och umm är den interna energi perioden för QM-undersystemet, interaktionen energi mellan QM och mm regioner, och samspelet energi inom mm delsystemet, respektive. UQM/mm term kan ytterligare delas in i tre komponenter, som omfattar elektrostatisk, van der Waals, och kovalenta interaktion energi termer mellan QM och mm atomer,
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ04.jpg">
Vi tilldelar <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ05.jpg"> </img>, och <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ06.jpg"> in i en Us benämner i, sitter,
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ07.jpg">
Den fulla potentialen i systemet var sedan sönderdelas till energin i delsystemet us, samspelet energi mellan delsystemet och miljön uSe, och energin i miljön ue. Till exempel, i systemet för det nuvarande arbetet, delsystemet är porphycence, och miljön vattnet.
PMF-profilen längs en kollektiv variabel τ(R) härleds som,
<img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/60040/60040equ08.jpg">
De allmänt använda reaktions koordinaterna för varje väteöverföring av N1−H1· · · N2 är q1 = (r1−r2)/2 och q2 = r1 + r2, där är1 är avståndet N1-H1 och r2 är avståndet mellan H1-N2.
Metoden har implementerats i det QM/MM MD simulerings paket QM4D20. Den kompletta källkoden och dokumentationen finns här: http://www.qm4d.info/.
I allmänhet sitter-QM/MM MD simuleringar omfattar fyra steg: pre-jämvikt (pre-sits); optimering nk (opt-sits); produktionssimulering och dataanalys.

<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 enda deuterium substitution i porphycene leder till en asymmetrisk molekylär geometri, vilket kan påverka den dubbla protonöverföringsprocessen i porphycene molekylen. I denna studie tillämpade vi en förbättrad QM/mm metod som kallas sitter-QM/mm för att undersöka väte/deuterium (H/D) isotop effekter på dubbel Proton överföring i porphycene. Avstånd förändringar i sits-QM/mm molekylär dynamik simuleringar föreslog att deuterium substituerade porphycene antagit stegvis dubbel Proton överföringsmekanism. Den strukturella analysen och den fria energi skiften av dubbel Proton överföring process indikerade att den asymmetriska isotop substitution subtilt komprimerade kovalenta vätebindningar och kan förändra den ursprungliga övergången läge.

Den enskilda deuterium Substitutionseffekten på dubbel protonöverföringsprocessen i porfycene undersöktes i det aktuella protokollet (figur 1). Den potentiella energin i QM sub-system och vattnet under pre-jämvikt och optimering steg kontrollerades för att se till att energin har breddats till ett bredare energiområde (figur 2). De representativa avstånds-och vinkel förändringarna (figur 3 och 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

Ett protokoll som använder utökad QM/MM-metod för att undersöka isotopisk effekt på dubbel protonöverföringsprocessen i porphycene presenteras här.

Isotopisk effekt i dubbel Protonöverföringsprocess av Porfycene undersökt genom förbättrad QM/MM-metod

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

En Förbättrad QM/MM-metod övervinner enkla problem i normal QM/MM-simulering. Six QM/MM-metoden accelererar välj montering för QM-regionen, och kan fånga de kemiska reaktionsvägarna resulterar i att man definierar reaktionskoordinat. Med detta protokoll, fångade vi framgångsrikt en kemisk reaktion vägar dubbel proton överföring och en avslöja en deuterium substitutionseffekt på en överföring mekanism av provency i vatten.Protokollet kan användas för att utforska halogen eller vår deuterium substitution i värme identifiering i läkemedelsupptäckt. Den största fördelen med Six QM/MM Metod är att, vi behöver inte det för att definiera saltlake reaktionskoordinat eller införa en anordning för kemisk reaktion väg när du utforskar reaktionsmekanism. göra det möjligt för oss att identifiera möjliga reaktionsvägar som in från att reagera.Den metod som kan användas och utvidgas till en hög nivå QM Metod och det kan bli ett viktigt verktyg för att undersöka reaktionsmekanismen för kemisk reaktion i lösning. Påbörja den här proceduren genom att initiera förinställningarna genom att ange runtyp som 100, temp0 som 300, templow som 260, temphigh som 1300 och steg som 120, 000 i indatafilen. Sedan utfärdar du lämpligt kommando som visas här.Under det förinställda skedet övervakar du energin i varje term för att beräkna medelvärdena. Använd grep Linux-kommandona för att extrahera energin. Om du vill ändra de genomsnittliga energierna i md-indatafilen beräknar du de genomsnittliga energierna baserat på utdata från den föregående kommandoraden, och för att ändra v-shift-raden i indatafilen med de nyligen genererade medelvärdena.Initiera förskjutningar i QM4D-programmet genom att skriva kommandot för att starta optimeringssteget. Därefter pluggar energiförökningen med graceprogrammet, och se till att energifluktuationen kan täcka de lägsta och de högsta ändarna av temperaturområdet. Efter optimering sparar du slutvärdena för förskjutningssteget i en ny fil som heter nk.dat i detta protokoll. För att förbereda filen md-input, ange runtype som en i den nya indatafilen för att starta steget produktion simuleringar. Ange filnamnet med den lagrade nk-filen som nkfile nk.DAT i indatafilen. Antalet tidssteg sattes som 6, 400, 000 i de nuvarande systemen. Simuleringsräknaren är systemberoende så ändra simuleringsstat baserat på din specifika efterfrågan.Välj ett lämpligt antal tidssteg som ska användas för marginell övergång mellan olika tillstånd för ditt eget system. Initiala produktionen i dessa simulering, genom att utfärda lämpligt kommando för att starta MD Simulations. För att övervaka bindningsformning och brytandeprocess under produktionsfasen, använd grepkommandot för att kontrollera avståndsändringarna för H1N1 och H1N2 längs simuleringstiden.Samma operation kan genomföras för H2N3 och H2N4. Anslut sedan avståndsutbredningen med hjälp av det ackumulerade avståndsvärdet under produktionens simuleringar. Extrahera reaktionskoordinaterna, och energivillkoren från produktionsutdatafilen som genereras av QM4D av grepkommandot.Ordna data i fyra kolumner, och skriv dem i datafilen vid varje tidsram. Beräkna den fria energin genom att utfärda lämpligt kommando. Slutligen, för att projicera den fria energin på det tvådimensionella landskapet, skriver du lämpligt kommando.Singel deuterium substitutionseffekt på dubbla proton överföringsprocessen i porphycene undersöktes i det aktuella protokollet. Den potentiella energin i QM-delsystemet, och vattnet under pre-equilibrium och optimering steg kontrollerades för att se till att energin i QM-regionen hade breddats till ett bredare energiområde, utan att påverka energin i miljön. Det representativa avståndet och vinkelförändringar, och de projicerade fria energiförändringarna användes för att karakterisera deuteriumsubstitutionseffekten på porfycenens geometri och protonöverföringsprocess.Six QM/MM-metoden uppnår förbättrad montering i energiutrymmet. Det angivna koncentrationsintervallet bör uppnå breddad energifördelning. Denna metod inte bara fånga toppen av reaktionskanal du fick kan överföra, men det har också en potential att identifiera reaktionsprodukter från normreaktion stater följd av reaktionsmekanism.Detta protokoll fungerar som utgångspunkt för att undersöka de kemiska reaktionsmekanismerna i en kondenserad miljö. QM-metoder på högre nivå kan lätt kombineras med Six QM/MM-metoden för att utforska mer komplexa system i framtiden.

Research

JoVE Journal

Chemistry

High Precision Zinc Isotopic Measurements Applied to Mouse Organs

High Precision Zink isotopmätningar Tillämpad Mus 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

Skikt för skikt syntes och överföring av fristående Conjugated mikroporös 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

Syntes och exfoliering av disko Zirkonium Fosfater Skaffa Colloidal 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

Radiomärkning och kvantifiering av cellulära nivåerna av fosfoinositider från High Performance Liquid Chromatography kopplade 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, kvantifiering och förening specifik isotopanalys av Pyrogen Carbon användning av bensen polykarboxylsyror (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

Fastställande av karbonylsulfid funktionella grupper i Biooljor genom potentiometrisk titrering: Den 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 '

Fotoelektronen avbildning av anjoner illustrerad av 310 Nm avlossning 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

Syntesen av mjuk Polysiloxane-urea elastomerer för intraokulär lins ansökan

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 filmer deponeras genom reaktiv sputtring: effekten av syre flöde

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

Automatiserat prov Multiplexing genom att använda Kombinerad Prekursor Isotopisk märkning och Isobaric Märkning (cPILOT)

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