Computer simulation of the proton transfer pathways at the extracellular side of bacteriorhodopsin and calculation of IR spectra of the photocycle intermediates

细菌视紫红质胞外质子转移途径的计算机模拟和光循环中间体的红外光谱计算

基本信息

项目摘要

QM/MM techniques will be used to determine structures and IR spectra of the bR photocycle intermediates. To achieve this goal, we will use DFT methods as well as a reparameterized DFTB method and determine the infrared spectra via calculation of the Hessian matrix as well as via Fourier transform of the velocity- and dipole- autocorrelation functions. These calculations may help resolving the assignment problem of atomic (X-ray) structures to experimental IR spectra and in the determination of the later structures of the bR photocycle. Of particular interest is the identity and structure of the so-called proton release group (PRG). We will test the suggestion that this group consists of a protonated water cluster at the extracellular side, a hypothesis which would explain the experimental IR spectra. The determination of the PRG opens the way for the investigation of the second and fifth proton transfer steps, the proton release from the PRG to the bulk in the M state and the last proton transfer step between Asp85 and the PRG between the 0 and bR ground state. Here, minimum pathway search algorithms as well as umbrella sampling techniques will be applied.
QM/MM 技术将用于确定 bR 光循环中间体的结构和红外光谱。为了实现这一目标,我们将使用 DFT 方法以及重新参数化 DFTB 方法,并通过 Hessian 矩阵的计算以及速度和偶极子自相关函数的傅里叶变换来确定红外光谱。这些计算可能有助于解决原子(X 射线)结构与实验红外光谱的分配问题以及 bR 光循环的后续结构的确定。特别令人感兴趣的是所谓的质子释放基团(PRG)的特性和结构。我们将测试该基团由细胞外侧的质子化水簇组成的建议,这一假设可以解释实验红外光谱。 PRG的确定为研究第二和第五质子转移步骤、质子从PRG释放到M态主体以及Asp85和PRG之间0和bR基之间的最后一个质子转移步骤开辟了道路状态。在这里,将应用最小路径搜索算法以及伞式采样技术。

项目成果

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