Rational modification of enzyme catalysis by engineering surface charge

Changing the surface charge of subtilisin by site-directed mutagenesis produces enzymes with significantly shifted pH-activity profiles, higher catalytic activities and altered specificities. Insight into water as a dielectric, the role of ions in electrostatic shielding and the field effects on catalysis is obtained and suggests rules for tailoring pH-activity profiles.     

Calculation of electrostatic potentials in an enzyme active site

To be able to calculate the contributions of individual amino acids to the electrostatic field of a protein would be of considerable value in designing proteins of enhanced or altered function and stability. Recent studies on the serine protease subtilisin provide direct measurements of the electrostatic potential in the active site of the enzyme produced by two charged amino acids. We have used these results to test a recently developed method for the calculation of electrostatic interactions between two specific sites on a protein. The extent of agreement between the theoretical and experimental results suggests that the continuum solvent model used in the calculations reproduces the essential features of the interaction.     

消雷器静态电场分析的并行计算

以分析新型防雷装置消雷器静态电场为例，提出了一种非常适合于多ＣＰＵ并行计算机上实现的并行算法——“奇偶并行法”．通过算例证实本法既容易实现又效率比较高．同时也很容易推广到其它数值计算领域．最后，给出了伞形导体消雷的静态电场分布，并且首次提出了判别消雷器设计期间的优劣标准，为进一步设计消雷器提供了一定的理论基础．     

芒刺静电场对细胞增殖的影响

以不同强度的芒刺静电场作用于体外培养的肿瘤细胞和正常细胞,通过MTT比色法检测电场处理后细胞的增殖能力,研究了芒刺静电场对细胞增殖的影响规律.结果表明不同电场辐照强度对细胞增殖能力有不同程度的影响.电场对人肝癌细胞SMMC7721增殖有抑制作用,但对小鼠黑色素瘤细胞B16、Lewis肺癌细胞和非洲绿猴肾细胞Cos7则有促进和抑制两方面的效应.对于同一参数的电场,不同细胞对其响应也不同,电场辐照强度与细胞对其响应呈振荡型关系.     

Pro-sequence of subtilisin can guide the refolding of denatured subtilisin in an intermolecular process

Subtilisin E, an alkaline serine protease consisting of a single polypeptide chain of 275 amino acids is produced from a pre-pro-protein. The pre-sequence functions as the signal peptide for protein secretion across the membrane. Deletion of the pro-sequence yields mature but inactive subtilisin: the 77-amino acid pro-sequence must precede the mature subtilisin to guide the latter into an active conformation. Pro-subtilisin denatured in 6 M guanidine-HCl can be self-processed to the active enzyme intramolecularly, with concomitant cleavage of the pro-sequence, when dialysed against renaturing buffer. We have constructed an active-centre mutant of pro-subtilisin (Asp 32----Asn) which is not processed to active enzyme, unlike the wild-type pro-subtilisin, because intramolecular processing is prevented. Here we report an intermolecular pathway for the refolding of the inactive mature protein to an active enzyme in vitro with the aid of exogenously added pro-sequence. We establish conditions under which the mature inactive form, as well as acid-denatured subtilisins Carlsberg and BPN', can be renatured by the mutant pro-subtilisin.     

静电动态电位模拟测试技术的研究

在非接触式静电电位检测技术的基础上,引入虚拟仪器技术,设计了静电动态电位模拟试验系统,解决了静电电位检测中无法对被测物体静电电位进行实时跟踪测量的难题。并将该系统用于实际静电工程项目,分析了危险品作业过程中,及其他相似作业环境下,静电电位随摩擦时间、摩擦压力、分离速度、摩擦材料、温度、湿度变化的规律;得出在危险品作业的特定环境下,静电电位可能达到的峰值。实验结果如下：1）该系统能根据需要实时记录模拟作业过程中静电电位的变化,进行静电隐患的分析;2）利用此装置进行模拟实验,得出了静电电位影响因素的回归模型和主次顺序,分析了各因素的交互性。     

激励电压对梳齿式加速度计系统的影响

为优化梳齿式微硅加速度计的系统设计,研究了激励电压对加速度计性能和电路参数选择的影响。推导出的系统静电力方程说明,激励电压对静电力的影响相当于在预载电压上叠加了微幅高频干扰,该干扰决定了加速度计的标度因数稳定性。由闭环传递函数得出了标度因数稳定性与电路参数间的关系。实验结果表明,根据标度因数稳定性指标选取了合适的电路参数后,可以忽略激励电压对静电力的影响。在实际应用中,利用该结论可以减小加速度计尺寸并降低功耗。     

一种基于小波变换的静电探测信号自适应去噪方法

为了实现对静电目标信号的提取和正确识别,本文对静电探测信号的形式以及干扰信号的形式进行了分析.提出采用基于Stein无偏似然估计(SURE)的小波软阈值去噪方法对静电探测信号进行处理.对SURE去噪方法的基本原理和改进方案进行了介绍.提出了自适应调整学习速率的方法,可以在提高运算速度的基础上得到信号的无偏似然估计.通过编写Matlab仿真程序进行验证,获得了较好的去噪结果.通过对几种软阈值去噪方法的仿真结果进行比较,可以看出该方法适用于频率成分较复杂的静电探测信号处理.     

劣质绝缘子电场正问题优化算法分析

针对劣化绝缘子的电场法检测中绝缘子电场计算精度低的问题,提出基于遗传算法优化的模拟电荷法进行高压静电场计算,给出了优化方法原理、可行性分析,建立了绝缘子电场计算目标函数及优化模型,并进行了绝缘子串周围电场的计算分析.分析结果表明,将绝缘子串周围检测点电位作为目标函数,应用遗传算法优化模拟电荷的电荷量,可更好地对目标函数进行全局寻优,提高了模拟电荷法的寻优速度、绝缘子串周围电场的计算精度以及绝缘子串中劣质绝缘子诊断的准确度.     

Free energy perturbation calculations on binding and catalysis after mutating Asn 155 in subtilisin

Site-directed mutagenesis is a very powerful approach to altering the biological functions of proteins, the structural stability of proteins and the interactions of proteins with other molecules. Several experimental studies in recent years have been directed at estimating the changes in catalytic properties, (rates of binding and catalysis) in site-directed mutants of enzymes compared to the native enzymes. Simulation approaches to the study of complex molecules have also become more powerful, in no small measure owing to the increase in computer power. These simulations have often allowed results of experiments to be rationalized and understood mechanistically. A new approach called the free-energy pertubation method, which uses statistical mechanics and molecular dynamics can often be used for quantitative calculation of free energy differences. We have applied such a technique to calculate the differential free energy of binding and free energy of activation for catalysis of a tripeptide substrate by native subtilisin and a subtilisin mutant (Asn 155----Ala 155). Our studies lead to a calculated difference in free energy of binding which is relatively small, but a calculated change in free energy of catalysis which is substantial. These energies are very close to those determined experimentally (J. A. Wells and D. A. Estell, personal communication), which were not known to us until the simulations were completed. This demonstrates the predictive power and utility of theoretical simulation methods in studies of the effects of site-specific mutagenesis on both enzyme binding and catalysis.     

取代酚酸性pKa的分子拓扑研究

基于元素的Pauling电负性、原子成σ键的电子数,原子直接键连的氢原子数目和原子未参与形成离域π键的孤对电子对对数,建立了一种分子拓扑指数(~4x).它与21种取代酚酸性产pKα的线性方程为:11.5258-20.4052.~4x=pKα,结果表明,~4x具有良好的结构选择性和性质相关性,可用于预测其它取代酚酸性pKα值.     

静电场对苜蓿幼苗期酶活性的影响

为了研究静电对紫花苜蓿(Medicago sativa Leguminosae)抗旱性的影响，寻找出提高紫花苜蓿幼苗抗旱性的最佳电场条件。在静电场不同电场强度下处置紫花苜蓿种子10min后，室温下培养9d，再测定幼苗的丙二醛(MDA)的含量和过氧化物酶(POD)、超氧化物酶(SOD)的活性。实验所用电极电压波形为50Hz半波整流，电场强度共11个，其中1个未经电场处理作为对照组。结果表明，在11个电场处理的材料中，有6个MDA水平低于对照，1个与对照相同，其余4个高于对照，变化幅度为22．8％～34．8％。SOD酶和POD酶的活性普遍降低，降低幅度分别为7．7％～57．7％和0．5％～59．4％。静电场处理可以提高紫花苜蓿幼苗的抗旱性。     

Forster循环法估算1-萘胺的基态酸式电离常数

2-萘酚(2-NOH)的基态与激发态酸碱电离已有诸多报道，比较而言，1-萘胺(NA)的较少，且研究主要集中于低pH介质中1-萘胺离子的酸碱电离过程．最近，献报道的激发态NA分子中，由于发生分子内电荷转移(ICT)过程而在pH介质中观察到了萘胺的激发态酸碱电离过程，关于萘胺的基态电离常数还未见报道．已经知道，Weller基于Forster循环所得的方程可根据基态热力学以及激发态电子转移能量推测荧光分子在激发态的电离平衡常数．本根据Forster循环，采用献中1-NA的激发态酸碱电离常数14，估算得1-NA的基态酸式电离常数pKa为22．     

静电成像系统的设计

针对普通静电探测极板无法利用目标周围电场获取目标图像的问题,采用静电探测极板屏蔽技术研究了静电成像系统.该系统由具有屏蔽外筒的探测单元组成静电探测阵列、高灵敏度的静电检测模块,控制系统和图像处理模块构成.实验结果表明,该系统能够采集获得目标的静电图像,为今后静电成像技术的应用奠定了基础.     

三层多孔板电除尘器气流均布数值研究

气流分布均匀性对电除尘器粉尘脱除效率有着十分重要的影响,通过计算流体动力学软件Fluent对某电厂1 000 MW级机组电除尘器气流均布特性进行数值模拟研究,其中多孔板简化为多孔介质模型,流场的模拟采用k-ε双方程,数值计算采用SIMPLE算法,结果表明,在电除尘器入口喇叭口处设置三层多孔板,且开孔率设置为50%、30%、30%,气流均布性最佳;进口流速为6 m/s时,电除尘器气流均布满足合格要求,并对比了有无灰斗挡板对气流均匀性的影响,发现灰斗挡板可以有效减小灰斗内部涡流现象,提高粉尘脱除效果。     

模拟烟道中粉尘粒子的荷电凝并实验研究

基于电凝并理论,在模拟电除尘器烟道中增设预荷电装置,进行了高压电场荷电凝并研究.实验结果表明,将预荷电装置安装于烟道中,离子浓度比除尘电场中高约1个数量级,有利于提高粉尘的荷电量,增强带电粒子的凝并作用;交变电场比直流电场更利于带电粒子凝并,最佳电场频率为40 Hz;电凝并作用可以使粒子粒径增大21%左右,总除尘效率提高2.6%～3.5%,有利于实现电除尘器的小型化.     

2－［3－（5－硝基苯并异噻唑）偶氮］－6－异丙基苯酚的合成、结构和性质研究

以２－氰基－４－硝基苯胺为原料合成了３－氨基－５－硝基－２，１－苯并异噻唑，并使之与邻异丙基苯酚偶联，得到２－［３－（５－硝基苯并异噻唑）偶氮］－６－异丙基苯酚（５－ＮＯ２ＢＰＡＩＰ），测得其ｐＫａ为７．０８．光度法和ｐＨ滴定表明它有可能成为一个敏锐的酸碱指示剂和Ｃｕ２＋、Ｃｏ２＋、Ｎｉ２＋等离子的显色剂。     

利用ABEEM模型在分子形貌轮廓上计算几个五元环配合物的分子静电势

分子的许多物理和化学性质都与其静电势密切相关.分子静电势是指分子在空间某一位置产生的分子静电作用势能,分子之间的相互作用可以通过静电势这个物理量来表述.利用ABEEMσπ模型计算出回归到各原子位点的电荷分布,结合自编Fortran程序可快速计算得到分子的静电势,将其投影到分子形貌轮廓上,即可得到在分子形貌上的静电势分布图.笔者选取咪唑、吡唑、噻吩、噻唑和异噻唑等五元环配合物作为模型分子,分别采用从头计算方法和ABEEM模型方法计算它们的分子静电势,并将其投影到分子形貌上.通过比较,ABEEM模型方法不仅可以快速计算分子的静电势,且与从头计算所得结果一致.     

基于量化参数的吡啶类化合物pKa模型的构建

采用密度泛函理论B3LYP／6-31G^＊方法,对吡啶类49个分子进行几何构型全优化,用优化得到的量化参数进行主成份和自相关性分析后,筛选出影响吡啶类化合物pKa的分子偶极距（μ）、分子最高占据轨道能（Enouo）、分子最低空轨道能（Eumo）、吡啶环上6个原子的静电荷密度（Q）等9个主要量化参数的基础上,分别采用支持向量回归、多元线性回归以及反向传播人工神经网络算法,对吡啶类化合物pKa建模,用留一交叉检验的结果显示,核函数为径向基的支持向量机回归模型最优。可用于吡啶类化合物pKa的建模。     

静电场中导体电荷分布分析

解决导体在静电场中的问题,必须清楚因静电感应引起的电荷、静电场的分布情况,其电荷、静电场的分布可根据静电平衡的性质,电场线的性质以及高斯定理讨论分析及推导,从而解决实际问题.