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蛋白质纳米纤维自组装的理论研究与多尺度模拟(拟资助领域四)

批准号:
91227115
项目类别:
重大研究计划
资助金额:
100.0 万元
负责人:
王延颋
学科分类:
化学模拟与应用
结题年份:
2015
批准年份:
2012
项目状态:
已结题
项目参与者:
张阳、石锐、任淦

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
本项目拟针对蛋白质纳米纤维的自组装,以基于全原子和粗粒化计算机分子动力学模拟与蛋白质片段的多尺度计算模拟方法为手段,建立适用于蛋白质分子自组装的理论。其中蛋白质片段的有效相互作用将由I-TASSER蛋白质结构预测算法的结果确定,并根据所确定的有效相互作用,将 I-TASSER 算法扩展到对蛋白质纳米纤维自组装的最终形貌的预测。在所建立的自组装的理论基础上研究定向自组装的方法,即根据需要组装的形貌和功能反推确定如何设计和修饰基本组装单元以及调控自组装反应发生的条件,如温度和浓度等。
英文摘要
This project is aimed to study self-assemblies of protein nanofibrils by using the multiscale computer simulation methods including all-atom and coarse-grained molecular dynamics simulations and protein segmentation method, and to establish a general theoretical framework for self-assemblies of protein molecules. The effective interactions between protein segments will be determined by the data coming from the predicted protein structures by the I-TASSER software package. Based on the determined effective interactions, the I-TASSER algorithm will be extended to predict the assembled morphology of protein nanofibrils. According to the established theoretical framwork of self-assemblies, the inversed self-assembly problem will be studied. The inversed self-assembly problem means that the design and decoration of the assemly units and the self-assembly reaction conditions, such as temperature and concentration, will be determined by an automated methodology according to the required morphology and function.
多肽和蛋白质分子间存在着弱的相互作用(如氢键、静电、疏水作用等)。在适当的热力学环境下,它们能够自发组装成具有特定形态和功能的有序纳米结构。了解多肽和蛋白质分子间弱相互作用的物理本质,建立揭示自组装过程的本质和规律的统一理论框架,并在此基础上研究定向自组装的方法,即根据需要得到的组装形貌和功能反推确定如何设计和修饰基本组装单元以及调控自组装反应发生的条件,如温度和浓度等,对于实现可控的生物纳米材料自组装过程,从而可以按照需求制备生物纳米自组装材料具有关键意义。围绕这一目标,本项目执行期间,我们运用分子模拟方法,对多肽和蛋白质分子的自组装形貌和动力学过程及其微观机制进行了详细的理论研究。研究成果大致分为以下几部分:(1)对多肽自组装形貌的调控因素及机制进行了理论和实验相结合的研究,从氨基酸残基的相互作用出发解释了微小的分子结构差异导致自组装体形貌巨大差异的微观机制,以及乙腈分子对自组装的非单调调控作用;(2)运用多尺度分子模拟方法,对多肽自组装不同层级的结构和动力学过程及其微观机制进行了细致的研究,对熵和焓在自组装过程中所起的不同作用进行了定量描述,并发现了多肽自组装过程中导致内禀缺陷的微观机制;(3)发展了新型蛋白质链接预测算法,用于提高蛋白质三维自组装结构的预测精度,所发展的NN-Bayes方法可以把QUARK软件对蛋白质结构预测的准确率大幅提高;(4)发展了面向自组装机理的软物质统计理论,揭示了软物质涨落大和对热力学条件敏感的物理本质在于熵和焓的微妙均衡。这些成果对于最终建立自组装的统一理论框架,并在此基础上研究多肽和蛋白质定向自组装的方法具有非常重要的基础意义。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Saturated Sodium Chloride Solution under an External Static Electric Field: A Molecular Dyanmics Study
外部静电场下的饱和氯化钠溶液:分子动力学研究
DOI: --
发表时间: 2015
期刊: Chinese Physics B
影响因子: 1.7
作者: [Gan Ren, Yanting Wang]
通讯作者: Yanting Wang
Reversible transient nucleation in ionic solutions as the precursor of ion crystallization
离子溶液中可逆瞬时成核作为离子结晶的前体
DOI: 10.1209/0295-5075/107/30005
发表时间: 2013-12
期刊: EPL
影响因子: 1.8
作者: [Ren, Gan, Wang, Yanting]
通讯作者: Wang, Yanting
DOI: 10.1016/j.jcis.2015.11.030
发表时间: 2016-02-15
期刊: JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACE SCIENCE
影响因子: 9.9
作者: [Zhou, Peng, Deng, Li, Xu, Hai]
通讯作者: Xu, Hai
DOI: 10.1088/1674-1056/23/2/020702
发表时间: 2014-02
期刊: Chinese Physics B
影响因子: 1.7
作者: [Xiaohui Zhang;Ming Li;Yanting Wang;Z. Ouyang]
通讯作者: Xiaohui Zhang;Ming Li;Yanting Wang;Z. Ouyang
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    基于离子液晶的用于电解液媒介和水脱盐的多孔高分子薄膜的实验与计算研究
    • 批准号:
      --
    • 项目类别:
      国际(地区)合作与交流项目
    • 资助金额:
      10万元
    • 批准年份:
      2020
    • 负责人:
      王延颋
    • 依托单位:
    离子液体与离子液晶的相行为
    极性侧链离子液体的内部与表面微观结构及动力学性质的计算模拟研究
    非平衡稳态离子液体中纳米结构的多尺度计算机模拟
    国内基金
    海外基金