小蛋白天然结构与折叠速度关系的分子动力学模拟研究

用分子动力学模拟方法研究了小蛋白天然结构集合与其折叠速度的关系．根据蛋白质内存在接触的不同定义方式．利用分子动力学模拟方法得到了10个小蛋白的一系列构象集合,分析了其拓扑参数与折叠速度的关系,并与PDB单构象的情况进行了比较．用含主链重原子的方式定义接触,所计算的结果较好,天然结构集合所计算的拓扑参数与蛋白质折叠速度的关系可以更真实地反映实际情况．     

The neighbor list algorithm for a parallelepiped box in molecular dynamics simulations

In classic molecular dynamics (MD) simulations, the conventional Verlet table, cell linked list and many other techniques have been adopted to increase the computational efficiency. However, these methods are only applicable in cubic systems. In this work, the above techniques along with the metric-tensor method are extended to handle NP ensembles, so that MD simulations can be carried out under the most general loading conditions. In order to do so, a particular spatial Cartesian reference frame is proposed to determine the scaling matrix. Also, a combination method, taking the advantages of the improved Verlet table and cell linked list, is established to identify the neighbor atoms very quickly in a parallelepiped box. An example using Lennard-Jones potential is presented to verify the validity of the proposed algorithm. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 10472028) and Excellent Youth Foundation of Heilongjiang Province     

并行MD优化算法与纳米晶体力学模拟

为发展可适用于纳米晶体力学模拟的高效率并行算法,构建了从晶体生成、计算到显示的分子动力学(MD)模拟系统.MD算法基于经典的对势和多体势上的Verlet算法,并行格式基于Linked-Cell-List方案,并针对特定的研究模型进行了各计算层次的优化.构建了交互式显示和控制子系统,可提供显示原子图像和属性的高质量图形输出.利用此模拟系统对纳米晶体进行了拉伸大变形和压痕模拟,结果表明: 在高速加载率下,堆垛层错(偏位错)的迸发、传播及其在晶界处的终止是纳米晶体变形的主要机制.     

分子动力学模拟研究纳米孔道中受限水的自扩散

利用分子动力学模拟技术考察受限于3种不同材料的纳米孔道(单壁碳管、硼氮管、铁原子孔道)中水分子的静态结构与扩散动力学,计算孔道中水分子沿轴向的自扩散系数Dz,讨论孔道截面尺寸、形状以及组成材料的变化对水分子扩散动力学的影响.结果表明,水分子的轴向自扩散系数随孔道半径的增大而减小,光滑的孔道壁有利于水分子的运输.在3种孔道限制体中,水分子在单壁碳纳米管内的自扩散系数最大.     

NPT系综下应用ABEEM-7P水分子模型的动力学模拟

应用ABEEM‐7P水分子模型,对含有216个水分子的液态水体系,采用周期性边界条件,在NVT 和NPT 系综下进行分子动力学模拟,研究了不同的NVT、NPT 系综运行时间和压力弛豫时间,对分子动力学模拟的影响．通过分析,发现NVT系综运行时间为500 ps时,模拟的动力学性质同实验值偏差较小且计算速度较快,而当τT ＝0．01 ps时,τP较大或较小时动力学性质偏差较大．因此,216个水分子动力学模拟时τP 选为0．05～5 ps ．应用以上研究结果,分析了NPT 系综下260～310 K温度范围内,相同的τT 不同的τP 下,NPT系综的动力学性质以及某些性质与温度的依赖关系．分析显示,216个水分子动力学模拟得到的性质是合理的,为以后更深入精细研究水分子体系提供参考．     

壁判据检验激波/层流边界层干扰流动的数值计算

针对二维激波/层流边界层干扰流动数值计算结果的可信度问题,根据高智研究员提出的壁判据对数值计算结果进行了分析和可信度评估.对于二维可压流动,在壁面附近,已经证明壁判据与NS方程解析解相吻合,数值计算结果也表明达到了网格无关性,而利用Opencfd算出的数值解却发现:随着网格的逐渐加密,切向动量壁判据和能量壁判据吻和得越来越好,而法向动量壁判据仍然有较小的差距,但并不影响流场的结果,其原因是壁面压力边界条件选取不当.数值计算结果表明,壁判据可以作为含壁面流动的一种CFD计算结果可信度评估的工具,具体的评估标准仍需进一步研究.     

Efficient and reproducible folding simulations of the Trp-cage protein with multiscale molecular dynamics

Folding simulations are often time-consuming or highly sensitive to the initial conformation of the simulation even for mini protein like the Trp-cage. Here, we present a multiscale molecular dynamics method which appears to be both efficient and insensitive to the starting conformation based on the testing results from the Trp-cage protein. In this method the simulated system is simultaneously mod- eled on atoms and coarse-grained particles with incremental coarsening levels. The dynamics of coarse-grained particles are adapted to the recent trajectories of finer-grained particles instead of fixed and parameterized energy functions as used in previous coarse-grained models. In addition, the compositions of coarse-grained particles are allowed to be updated automatically based on the coherence during its history. Starting from the fully extended conformation and other several different conformations of the Trp-cage protein, our method successfully finds out the native-like conformations of the Trp-cage protein in the largest cluster of the trajectories in all of the eight performed simulations within at most 10 ns simulation time. The results show that approaches based on multiscale modeling are promising for ab initio protein structure prediction.     

液态甲醇微观结构的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法对298 K,0.78 g/cm3的液态甲醇的蒸发潜热、自扩散系数、体系的微观构型、径向分布函数和甲醇分子间的氢键结构进行了模拟研究.结果表明,甲醇的蒸发潜热和自扩散系数的模拟结果与实验数据符合.采用计算机图形技术得到了体系达到平衡时其微观构型的物理图像;对氢键的结构分析表明,形成两氢键的甲醇分子的摩尔分数为77.39%,每一甲醇分子形成氢键的平均数目为1.902;形成氢键的两甲醇分子O…O—H取向角分布曲线在12.2°处出现峰值,取向角θ小于12.2°的甲醇分子的摩尔分数为57.39%,形成氢键的甲醇分子取向几乎呈线性分布;氢键的平均寿命为12.6 ps.     

无定形态Al2O3结构的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了无定形态A l2O3的结构,讨论了压力对于体系结构的影响。模拟计算了体系的双体相关函数、最近邻配位数、键长值、以及键角分布,并给出了原子水平的瞬时结构图形。计算结果与已报道的实验结果相符,并比以往的模拟更接近实验事实。模拟的结果还得到了键价理论的验证。模拟的无定形态A l2O3结构主要为(A lO4)5-四面体单元,大多数四面体间由一个连接三个四面体的氧原子连接。这与液态A l2O3短程内的结构是一致的。在模拟的范围内,压力对原子的配位数有一定影响。     

用分子动力学法数值模拟Ni-Al合金马氏体相变

Ni-Al合金由于它在强度和重量等方面独特的性能而成为重要的工业材料,并且被认为是弄清其他更复杂合金系统的模型。采用16×16×16体心结构的Ni50Al50晶格系统,在Al的位置上随机地用Ni原子取代12.5%的Al原子,利用分子动力学的数值方法,模拟了Ni-Al合金系统马氏体相变现象的发生过程,提供了马氏体相变转变过程中原子移动的微观细节。     

新型氯喹酸酯类除草剂的定量构效关系分析

为了寻找活性更高和作用更温和的除草剂,研究了氯喹酸(3,7-二氯-8-喹啉羧酸)酯类衍生物的结构与活性的关系。合成了12种相关酯类衍生物,并测定了这些酯的生物活性。用Hansch多元线性回归分析方法建立了3个相关的定量构效关系(QSAR)方程。QSAR方程表明,此类化合物的生物活性与取代基的空间效应和电子效应参数呈线性关系,而且综合两种效应的构效关系方程优于单一效应的构效关系方程。对QSAR方程分析结果表明,烯丙基(—CH_2—CH=CH_2)取代的氯喹酸酯是活性最高且作用温和的除草剂。     

DFT/B3LYP方法探索C6H5（CH3）2SiOH的结构和化学键特性

二甲基苯基硅醇易通过蒸馏的方法进行分离提纯,进而制备高纯硅,但其化学键特性的实验数据较为缺乏,笔者运用密度泛函理论DFT/B3LYP方法,采用6-311＋＋G＊＊基组进行计算,首先对二甲基苯基硅醇的初始构型进行完全开放的几何构型全优化,之后结合能量分析、电荷分析和自然键轨道分析（NBO）考察了二甲基苯基硅醇平衡构型的分子性质,得出二甲基苯基硅醇分子的化学键特性：1）苯基和甲基对羟基上的O-H键影响甚微,但使Si-O键有所增强;2）Si与苯环上C原子间的键强度较弱,Si-O键相对较强,O-H键最弱;3）苯环上C原子间电子离域化程度相对较高,O的孤对电子流向Si-C反键轨道,可略为削弱Si-C键强     

结构化学教学软件中的动画制作

通过实例介绍了《结构化学》CAI教学软件中利用三维动画制作软件 3DMAX并结合图象处理软件Photoshop制作分子结构的统一的 ,交互式的三维立体动画的方法 ,给出了动画效果图及相关的制作技巧 ,然后通过Authorware软件把所有动画集成并演示     

轮烯的螺旋结构和旋光性

本文讨论了轮烯类化合物的立体结构．从螺旋理论看，芳香轮烯和非芳香轮烯都是内消旋体和外消旋体的混合物，故都不呈现旋光性．但轮烯的衍生物t由于受碳架结构的限制，难以外消旋化，因此呈现旋光性．轮烯类化合物的旋光性也遵循右螺旋右旋．左螺旋左旋的螺旋规律。     

地下结构抗震分析方法及其现状

地下结构抗震研究是当今地震工程界重要的研究方向。由于其自身的特殊性，地下结构抗震的研究方法与地面结构相比有较大的不同。文中分析论述了地下结构的抗震特性，比较详细地介绍了地下结构抗震研究的现状和理论方法，并对各种方法的优缺点进行了简要评述，指出了其中应注意的问题。     

2维双螺旋层配合物的构筑及表征

在水热条件下合成一种新型2维(2D)聚合物[Ni2(pda)2(bpp)2(H2O)3](1)(1,4-pda=对苯二乙酸、bpp=1,3-二(4-吡啶基)丙烷).采用红外光谱、差热-热重、CHN元素分析及单晶X-射线衍射等手段对晶体结构进行了表征.配合物1属3斜晶系,空间群为P-1;晶体学参数:a=9.925(4)nm,b=12.863(6)nm,c=18.710(8)nm;α=101.813(9)°,β=99.133(9)°,γ=90.240(9)°.其基本结构单元由2个Ni(II)原子、3个对苯二乙酸根、4个1,3-二(4-吡啶基)丙烷和3个配位水分子组成.对苯二乙酸根与Ni(Ⅱ)原子交替连接形成1维右手螺旋链,相邻同手性螺旋链通过TG构型的1,3-二(4-吡啶基)丙烷连接形成2维右手螺旋层A.同样,对苯二乙酸根、Ni(Ⅱ)原子、1,3-二(4-吡啶基)丙烷形成2维左手螺旋层B.这2个相邻螺旋层A、B间通过[Ni2bpp2]闭合环的支撑形成双层2维结构.     

利用分子动力学方法研究吸附原子在Re(0001)表面的自扩散行为

利用分子动力学与分析型嵌入原子模型,研究了吸附原子在Re(0001)表面的自扩散行为.本文计算的扩散系数符合Arrhenius关系.扩散激活能与前因子从Arrhenius关系得到.计算的扩散激活能与低温场离子显微镜实验结果吻合,而前因子与一般理论计算结果相符.     

基于GMPLS的光突发交换网络体系结构与性能仿真

研究了如何将多协议标签(GMPLS)与光突发交换(OBS)高效地结合及协调地工作,使GMPLS为OBS网络控制和管理提供良好的技术手段,给出了基于GMPLS的OBS网络结构模型,讨论了GMPLS-Based OBS网络中动态信道共享策略,并阐述了控制信息与数据传输机制和GMPLS-Based OBS网络节点功能结构。针对性地讨论了GMPLS在路由、信令、链路管理协议上进行增强和扩展等问题。通过仿真对DS-OBS,GMPLS-based DS-OBS和GMPLS-TE based DS-OBS等3种网络进行了性能对比,结果表明,GMPLS控制面技术在OBS网络中的应用,能有效地改善OBS网络的性能。     

基于GMPLS的光突发交换网络体系结构与性能仿真

研究了如何将多协议标签（GMPLS）与光突发交换"*+)#高效地结合及协调地工作!使GMPLS为*+)网 络控制和管理提供良好的技术手段,给出了基于GMPLS的*+)网络结构模型!讨论了GMPLS-Based OBS网络 中动态信道共享策略,并阐述了控制信息与数据传输机制和GMPLS-Based OBS网络节点功能结构。针对性地讨 论了GMPLS在路由、信令、链路管理协议上进行增强和扩展等问题。通过仿真对DS-OBS,GMPLS-based DS-OBS 和GMPLS-TE based ds-OBS等3种     

八氢番茄红素脱氢酶的分子结构及其与达草灭相互作用分析

八氢番茄红素脱氢酶(Phytoene desaturase,PDS)是除草剂达草灭的靶点,作者对野生型和两种定点突变型PDS的二维和三维结构进行预测,并通过DOCK6.5进行PDS与达草灭的分子对接比较,利用Gromacs进行分子动力学模拟,使用Amber9中的mm_pbsa.pl分析能量分布及变化,使用LIGPLOT+软件进行氢键分析确认结合氨基酸位点.结果表明突变对二维和三维结构无影响,但是在达草灭存在的情况下,突变的PDS有更高的结合能以及更弱的结合稳定性,更难以与达草灭结合,找到突变PDS蛋白对达草灭具有抗性的分子证据.