有机小分子水合层太赫兹光谱解析的理论研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11604359
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2013.软凝聚态与生物物理
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Hydration layer is directly involved in many biological reactions and biological processes, such as maintaining the activity of a protein, helping protein folding and proton transfer. The vibration of hydrogen bond network in water is among the frequency range of terahertz spectrum, thus, the terahertz spectroscopy is wildly used in studying the dynamics of hydration water. While, the hydration layer and bulk water is identical in chemical components, the difference of dynamics in hydration layer is come from the interaction between solute molecules and water molecules. The terahertz spectrum of hydration layers need to be extracted from the THz signals of solution based on theoretical models. The theoretical analysis model assumes that the hydration layer is a continuous media, which has uniform thickness and terahertz absorption. And the interaction of the hydrated layer and bulk water is ignored. This project will study the physical mechanics of hydration layer, by simulating a series of small organic molecules in solutions with different molecular dipole, based on molecular dynamics simulation. We will study the effect of different interaction between small molecules and water molecules in hydration layer. Our goal is to build a statistical model describing the non-uniform hydration layer, and testified by comparing theoretical and experimental results. We hope this study will provide a theoretical basis for research THz spectrum of hydration layers around biomolecules.
水合层直接参与了许多生物反应和生物过程,如,维持蛋白质活性,帮助蛋白质折叠,参与质子传输等,具有重要的生物学意义。水中氢键网络的振动频率位于太赫兹波的频谱范围内,使得太赫兹光谱成为观测水以及水合层最直接的实验手段。水合层是由受到溶质影响的水形成的,不能单独存在。其太赫兹信号需要根据理论模型从溶液的信号中解析出来。目前理论解析模型中假设水合层是连续介质,具有均匀的厚度和均一的太赫兹响应,同时忽略了水合层与体相水的相互作用。本项目将通过分子动力学模拟研究水合层形成的物理机制,分析有机小分子与水之间的相互作用对水合层的影响,研究有机小分子水合层在不同溶液环境下的特性,寻找能够区分水合层与体相水对太赫兹响应的物理量,并将该物理量引入到太赫兹理论分析模型中,为生物分子水合层的太赫兹谱解谱研究提供理论基础。

结项摘要

水合水对于理解生物学过程至关重要。随着硬件的发展,太赫兹(THz)的介电弛豫谱已成为研究水化水的有力工具。但是,现有模型提取的水化水的太赫兹信号对于忽略溶液中各组分之间的相互作用是不可靠的。在这里,我们提出了一个新的模型,即溶液的太赫兹响应是体积分数单分子太赫兹响应的总和,它是由分子偶极自相关和分子偶极与周围环境的相关性决定的。因此,由于偶极与周围环境的相关性,水化水与散装水是有区别的。实验和分子动力学模拟结果证明了我们对1,4-二恶烷水溶液的理论预测,并从中提取了水合水的THz光谱。我们的模型提供了对溶液中介电响应的正确物理理解,并将提高对水合水的特殊作用的理解。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Biocatalytic production of D-p-hydroxyphenylglycine by optimizing protein expression and cell wall engineering in Escherichia coli
通过优化大肠杆菌中的蛋白质表达和细胞壁工程生物催化生产 D-对羟基苯基甘氨酸
  • DOI:
    10.1007/s00253-019-10155-z
  • 发表时间:
    2019-10-23
  • 期刊:
    APPLIED MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Liu, Yang;Zhu, Lingfeng;Yu, Bo
  • 通讯作者:
    Yu, Bo

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其他文献

基于纳米操纵和单分子成像及分析技术的DNA与DNase I相互作用的表面机械生化过程和动力学研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    电子显微学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王鑫艳;周化岚;李海;张益;亓文鹏;胡钧;王化斌;李宾
  • 通讯作者:
    李宾

其他文献

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相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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