Investigation of Long-Range Charge Transfer and Excited State Processes in Biochemical Systems
生化系统中长程电荷转移和激发态过程的研究
基本信息
- 批准号:10713085
- 负责人:
- 金额:$ 37.26万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2023
- 资助国家:美国
- 起止时间:2023-08-01 至 2028-07-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:BacteriaBiochemicalBiochemical ProcessBiochemistryBioremediationsBiotechnologyBreathingCase StudyCell physiologyChargeComplexComprehensionCytochromesEnvironmentHumanHydroxidesInvestigationIonsLifeLightLipidsLocationMembraneMembrane ProteinsMetalsMicrobeModelingModernizationMolecularMolecular ComputationsMolecular ConformationNaturePathway interactionsPhotonsPoisonPollutionProcessProteinsQuantum MechanicsResearchRespirationShewanellaSiteSystemTechniquesTechnologyTestingVDAC1 geneVacuumabsorptioncomplex biological systemsin vivo imaginginsightmarinemetal oxidemolecular mechanicsmolecular modelingnanosecondoptogeneticsprogramstooltoxic metal
项目摘要
PROJECT SUMMARY/ABSTRACT
In this MIRA program, we aim to gain atomic-level insights into complex biological
systems such as bacterial membrane proteins and light-sensitive proteins with particular
emphasis on their native protein and lipid environments. We will test the impact of such
biochemical environments in two distinct projects.
A wide variety of toxic chemicals, including toxic metal oxides and hydroxides, pollute our
environment, posing an imminent threat to human life. One can leverage the unique
respiration mechanism in marine microbes like Shewanella to revolutionize
bioremediation and wastewater treatment technology. Molecular modeling and
computations will provide an atomic-scale comprehension of the mechanism that will
augment macroscale experimental observables. In the first project, we will model the
outer membrane cytochrome-porin complex of Shewanella oneidensis in its native
environment and obtain molecular insights into the charge-transfer network employed in
its respiration.
Electronically excited-state processes are ubiquitous in nature and biotechnology. For
example, blue-light-sensitive proteins are used in the optogenetic control of cellular
processes. Fluorescent proteins with emissions spanning the entire visible region are
often utilized for in vivo imaging. In these applications, subtle structural changes in an
electronically excited molecule induce pronounced conformational changes in the nearby
protein environment or further from its location (allostery). Therefore, the biochemical
environment relays the information at the photon-absorption site to another site. Most
conformational changes occur well beyond a few nanoseconds, making them
inaccessible to modern multi-scale quantum mechanics/molecular mechanics (QM/MM)
techniques. Therefore, in the second project, we will build a tool to model excited states
of biomolecules using force field parameters and then validate those parameters using a
few case studies with fluorescent proteins. Furthermore, we will use those parameters to
decipher photoinduced allosteric pathways in blue-light-sensitive proteins.
项目概要/摘要
在这个 MIRA 项目中,我们的目标是获得对复杂生物的原子级洞察
系统,例如细菌膜蛋白和光敏蛋白,具有特定的
强调其天然蛋白质和脂质环境。我们将测试此类影响
两个不同项目中的生化环境。
多种有毒化学物质,包括有毒金属氧化物和氢氧化物,污染了我们的环境
环境,对人类生命构成迫在眉睫的威胁。人们可以利用独特的
希瓦氏菌等海洋微生物的呼吸机制将发生革命性变化
生物修复和废水处理技术。分子建模和
计算将提供对机制的原子级理解
增强宏观实验观测值。在第一个项目中,我们将建模
希瓦氏菌在其天然状态下的外膜细胞色素-孔蛋白复合物
环境并获得对电荷转移网络的分子洞察
它的呼吸。
电子激发态过程在自然界和生物技术中普遍存在。为了
例如,蓝光敏感蛋白用于细胞的光遗传学控制
流程。发射跨越整个可见光区域的荧光蛋白是
通常用于体内成像。在这些应用中,微妙的结构变化
电子激发的分子在附近引起明显的构象变化
蛋白质环境或远离其位置(变构)。因此,生化
环境将光子吸收位点的信息传递到另一个位点。最多
构象变化发生的时间远远超过几纳秒,使得它们
现代多尺度量子力学/分子力学(QM/MM)无法理解
技术。因此,在第二个项目中,我们将构建一个工具来模拟激发态
使用力场参数分析生物分子,然后使用
荧光蛋白的案例研究很少。此外,我们将使用这些参数
破译蓝光敏感蛋白中的光诱导变构途径。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}
{{ item.title }}
- 作者:
{{ item.author }}
数据更新时间:{{ patent.updateTime }}
Atanu Acharya其他文献
Atanu Acharya的其他文献
{{
item.title }}
{{ item.translation_title }}
- DOI:
{{ item.doi }} - 发表时间:
{{ item.publish_year }} - 期刊:
- 影响因子:{{ item.factor }}
- 作者:
{{ item.authors }} - 通讯作者:
{{ item.author }}
相似国自然基金
耦合生物物理与生化地球化学过程的土地覆被变化多尺度气候效应研究
- 批准号:42371102
- 批准年份:2023
- 资助金额:50 万元
- 项目类别:面上项目
光合共生生物膜生化转化及共水热碳化过程多元多相传递理论及强化方法
- 批准号:52236009
- 批准年份:2022
- 资助金额:269 万元
- 项目类别:重点项目
PCSK9调节LDLR内体分选过程的生化与分子机制研究
- 批准号:
- 批准年份:2022
- 资助金额:54 万元
- 项目类别:面上项目
力信号与生化信号协同调制免疫细胞两个关键界面过程的生物物理研究
- 批准号:
- 批准年份:2022
- 资助金额:55 万元
- 项目类别:面上项目
页岩油污水厌氧反应器能质输运过程太阳光-热-生化耦合作用机理
- 批准号:
- 批准年份:2022
- 资助金额:30 万元
- 项目类别:青年科学基金项目
相似海外基金
Novel approach to identify RNA-bound small molecules in vivo
体内鉴定 RNA 结合小分子的新方法
- 批准号:
10646626 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 37.26万 - 项目类别:
Toward synthetic chemically defined mRNA for human therapeutics
用于人类治疗的合成化学定义的 mRNA
- 批准号:
10649299 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 37.26万 - 项目类别:
A co-infection model for papillomavirus associated infections and cancers
乳头瘤病毒相关感染和癌症的共感染模型
- 批准号:
10667710 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 37.26万 - 项目类别:
DeADP-ribosylation of host targets mediated by a bacterial effector
由细菌效应子介导的宿主靶标的 DeADP-核糖基化
- 批准号:
10667971 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 37.26万 - 项目类别:
Mechanistic characterization of vaginal microbiome-metabolome associations and metabolite-mediated host inflammation
阴道微生物组-代谢组关联和代谢物介导的宿主炎症的机制特征
- 批准号:
10663410 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 37.26万 - 项目类别: