拉伸力(streching force)作用下大分子构象变化动力学的介观统计理论研究
结题报告
批准号:
21373141
项目类别:
面上项目
资助金额:
80.0 万元
负责人:
赵南蓉
依托单位:
学科分类:
B0301.化学理论与方法
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
王静波、林风、郑跃、王莹希、赖鑫昱、李平
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中文摘要
单分子拉伸力实验是模拟生物大分子在活细胞复杂环境中受到应力作用下的反应及构象变化动力学,以及研究蛋白质解折叠、配体解离等过程,反推体系内秉动力学信息的重要手段。纳入大分子构型涨落及溶液环境等复杂因素,建立描述生物大分子在拉伸力作用下恰当的反应及构象转变动力学的介观统计理论,有重要学术意义和实际价值。本项目将立足广义郎之万方程,借助Kramers速率模型,采用随机动力学模拟,研究单分子拉伸力实验。主要内容包括(1)结合构型慢涨落,引入动力学无序效应。(2)运用模耦合理论,揭示细胞复杂环境拥挤效应。(3)建立有效二维势能面描述,研究构象转变速率等随外力非单调异常变化的内在机制。本项目的研究,将为研究活细胞应力环境下生物大分子反应及构象变化动力学,正确分析单分子拉伸力实验提供有效的新方法,同时为复杂体系中介观统计力学理论与方法的发展作出贡献。
英文摘要
Single-molecule pulling experiments are capable of modeling the forces and strains that develop during many processes in a cell, and therefore have been widely used to directly observe the biomolecular reaction and conformational transitions in the presence of mechanical force. On the other hand, the controlled application of mechanical forces on single molecules provides a powerful tool to probe the kinetic information of rare molecular events, such as protein unfolding and ligand dissociation. To interpret the dynamic force spectroscopy accurately, an appropriate theory for biomolecular reaction and conformational transitions under the action of force is crucially significant. In this project, we study single-molecule experiments based on a generalized Langevin equation and the Kramers' model for the rate of chemical reaction. The dynamics of the stochastic variables will be computed by stochastic dynamic simulation. The main contents of our study include: (1) The dynamic disorder effect associated with the slow conformational fluctuation of macromolecules will be introduced into the study of single-molecule experiments. (2) The crowded effect of cellular environments to the kinetics of molecular transitions will be explicitly evaluated by the aid of mode-coupling theory. (3) A two-dimensional free-energy landscape description will be established, and the nonmonotonic variation of rupture rate with respect to force will be investigated. This project aims to provide a novel and effective theoretical method to study the biomolecular reactions and conformational transitions in cellular environments, and to provide an appropriate theory for an accurate interpretation of single-molecule experiments. Moreover, it makes also contribution to the development of the mesoscopic statistical mechanics for the study of complex systems.
单分子拉伸力实验是模拟生物大分子在活细胞复杂环境中受到应力作用下的反应及构象变化动力学,以及研究蛋白质解折叠、配体解离等过程,反推体系内秉动力学信息的重要手段。纳入大分子构型涨落及溶液环境等复杂因素,建立描述生物大分子在拉伸力作用下恰当的反应及构象转变动力学的介观统计理论,有重要学术意义和实际价值。本项目将立足广义郎之万方程,借助Kramers速率模型,采用随机动力学模拟,研究单分子拉伸力实验。主要内容包括(1)结合构型慢涨落,引入动力学无序效应。(2)运用模耦合理论,揭示细胞复杂环境拥挤效应。(3)建立有效二维势能面描述,研究构象转变速率等随外力非单调异常变化的内在机制。(4)研究内摩擦对生物大分子成环的影响。本项目的研究,将为研究活细胞应力环境下生物大分子反应及构象变化动力学,正确分析单分子拉伸力实验提供有效的新方法,同时为复杂体系中介观统计力学理论与方法的发展作出贡献。
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
DOI:--
发表时间:2015
期刊:中国科学:化学
影响因子:--
作者:边玉坤;赵南蓉
通讯作者:赵南蓉
Understanding diffusion of intrinsically disordered proteins in polymer solutions: A disorder plus collapse model
了解聚合物溶液中本质无序蛋白质的扩散:无序加崩溃模型
DOI:10.1063/1.5002710
发表时间:2017-11
期刊:AIP Advances
影响因子:1.6
作者:Juan Wang;Yukun Bian;Xiuli Cao;Nanrong Zhao
通讯作者:Nanrong Zhao
DOI:--
发表时间:2015
期刊:高等学校化学学报
影响因子:--
作者:董运洪;陈谙谱;赵南蓉
通讯作者:赵南蓉
Understanding Protein Diffusion in Polymer Solutions: A Hydration with Depletion Model
了解聚合物溶液中的蛋白质扩散:水合与消耗模型
DOI:10.1021/acs.jpcb.6b06248
发表时间:2016-09-29
期刊:JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B
影响因子:3.3
作者:Feng, Xiaoqing;Chen, Anpu;Hou, Zhonghuai
通讯作者:Hou, Zhonghuai
Effects of internal friction on contact formation dynamics of polymer chain
内摩擦对聚合物链接触形成动力学的影响
DOI:10.1080/00268976.2017.1416198
发表时间:2018-01-01
期刊:MOLECULAR PHYSICS
影响因子:1.7
作者:Bian,Yukun;Li,Peng;Zhao,Nanrong
通讯作者:Zhao,Nanrong
活性生物体系非均一动力学行为的介观统计理论研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    赵南蓉
  • 依托单位:
活性生物体系扩散-反应动力学的介观统计理论研究
  • 批准号:
    21873066
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    赵南蓉
  • 依托单位:
亚浓聚合物溶液中蛋白扩散及反应动力学的介观统计理论研究
  • 批准号:
    21673145
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    赵南蓉
  • 依托单位:
蛋白质环境效应的介观非马尔可夫统计模型研究
  • 批准号:
    21173152
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    赵南蓉
  • 依托单位:
酶构型涨落及单分子酶反应动力学的介观统计理论
  • 批准号:
    20973119
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    32.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    赵南蓉
  • 依托单位:
稀薄气体系统温度场唯象解析理论的建立与应用
  • 批准号:
    20343007
  • 项目类别:
    专项基金项目
  • 资助金额:
    6.0万元
  • 批准年份:
    2003
  • 负责人:
    赵南蓉
  • 依托单位:
国内基金
海外基金