光合作用中水氧化与光诱导电子转移过程的理论研究

批准号:
21373164
项目类别:
面上项目
资助金额:
80.0 万元
负责人:
曹泽星
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:
朱纯、赵媛、郭续更、孙铭骏、秦海妹
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中文摘要
项目旨在通过QM/MM计算和QM/MM-based MD模拟,结合光诱导电子转移动力学理论研究,探索光系统II光催化水氧化的分子机制及其电子转移耦合质子转移的性质。重点开展几类重要色素分子(叶绿素a、去镁叶绿素a等)在光系统II蛋白质环境中激发态性质和光诱导电子转移过程的理论研究,锰簇(Mn4O5Ca)不同氧化还原态(Si, i=0-4)几何结构和电子结构的QM/MM计算表征。探明光诱导色素激发态分子内电子转移、分子间电子转移和O-O键形成的微观机理,预测光系统II反应中心蛋白质环境、介质、配体对其光催化活性和光物理与光化学性质的影响,为完全了解光合作用的机理研究和拓展人工光合作用的应用提供理论支持。
英文摘要
The project aims to explore plausible mechanisms of the photosynthetic water oxidation and the electron-coupled proton transfer in photosystem II by QM/MM calculations and QM/MM-based MD simulations, in combination with the theoretical investigation on the photo-induced electron transfer dynamics. Our calculations and simulations will focus on the excited states of several types of important pigment molecules (chlorophyll a, pheophytin a, etc.) and their energy and electron transfer processes in the protein environment of photosystems II, as well as computational characterization of the catalytic Mn4O5Ca cluster at different oxidation states (Si, i = 0-4). Based on extensive calculations, we try to understand the oxygen-evolving complex (OEC) function of photosystem II containing a Mn4O5Ca catalytic site at the atomic and molecular levels and the effects of protein environments, media, ligands around the reaction center on its photocatalytic reactivity, and provide a theoretical basis for fully understanding the photosynthesis mechanism and accelerating the application of artificial photosynthesis.
项目基于QM和QM/MM计算及MD和CG模拟,构建了光系统II凝聚相计算模型,发展了基于全原子模型快速划分超粗粒化模型的算法及其对应的力场,为粗粒化多态模型和蛋白质-蛋白质相互作用力场的发展提供了基础。开展了叶绿素及相关共轭分子激发态性质的计算模拟研究,讨论了嘌呤醇、次黄嘌呤、香豆素、甲氧基肉桂酸甲酯等体系的激发态性质及其无辐射过程的机理,探明了溶剂水影响其激发态动力学过程的作用机制,计算结果合理地解释了相关实验观测,为理解生物体系能量转移和辐射保护机制提供了依据。基于理论计算,设计了几类高性能光敏分子和光电材料体系,讨论了不同结构单元对其光电性质的影响。通过MM MD、RAMD-MD 和 QM/MM MD模拟,系统地研究了磷酸葡萄糖胺脱氨酶(NagB)、羟基腈裂解酶(HbHN & MeHNL)、酵母菌胞嘧啶脱氨酶(yCD)和核苷水解酶等酶催化过程的微观机制,探明了pH值和残基质子化状态、底物输运和产物释放、以及关键残基等对酶催化性质的影响,丰富了蛋白质环境中化学反应活性的认识,为全面理解酶催化提供了理论依据。
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
Theoretical studies on excited states of biorelated systems from gas phase to aqueous solution
生物相关系统从气相到水溶液激发态的理论研究
DOI:10.1002/qua.24879
发表时间:2015
期刊:International Journal of Quantum Chemistry
影响因子:2.2
作者:Junfeng Li;Xugeng Guo;Yuan Zhao;Z. Cao
通讯作者:Z. Cao
Construction of ultra-coarse-grained model of protein with a G(o)over-bar-like potential
具有G(o)over-bar样势的蛋白质超粗粒模型的构建
DOI:10.1016/j.cplett.2017.05.039
发表时间:2017
期刊:Chemical Physics Letters
影响因子:2.8
作者:Zhang Yuwei;Cao Zexing;Xia Fei
通讯作者:Xia Fei
Combined QM(DFT)/MM Molecular Dynamics Simulations of the Deamination of Cytosine by Yeast Cytosine Deaminase (yCD)
酵母胞嘧啶脱氨酶 (yCD) 脱氨的 QM(DFT)/MM 分子动力学组合模拟
DOI:10.1002/jcc.24306
发表时间:2016
期刊:JOURNAL OF COMPUTATIONAL CHEMISTRY
影响因子:3
作者:Zhang Xin;Zhao Yuan;Yan Honggao;Cao Zexing;Mo Yirong
通讯作者:Mo Yirong
CH(2) Linkage Effects on the Reactivity of Bis(aminophosphine)-Ruthenium Complexes for Selective Hydrogenation of Esters into Alcohols.
CH2 连接对双(氨基膦)-钌配合物选择性加氢酯成醇反应活性的影响
DOI:10.1038/s41598-017-04362-9
发表时间:2017-06-21
期刊:Scientific reports
影响因子:4.6
作者:Fang X;Sun M;Zheng J;Li B;Ye L;Wang X;Cao Z;Zhu H;Yuan Y
通讯作者:Yuan Y
DOI:10.1021/acscatal.5b00079
发表时间:2015-03
期刊:ACS Catalysis
影响因子:12.9
作者:Jingwei Zhou;Ruibo Wu;Binju Wang;Z. Cao;Honggao Yan;Y. Mo
通讯作者:Jingwei Zhou;Ruibo Wu;Binju Wang;Z. Cao;Honggao Yan;Y. Mo
酶催化高毒有机磷化合物降解机制与活性调控的QM/MM多尺度模拟研究
- 批准号:22373078
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:50万元
- 批准年份:2023
- 负责人:曹泽星
- 依托单位:
碳基小分子催化定向转化及外场与表界面效应的多尺度全程模拟研究
- 批准号:--
- 项目类别:重点项目
- 资助金额:300万元
- 批准年份:2019
- 负责人:曹泽星
- 依托单位:
酶催化二氧化碳捕获与还原转化的量子-经典力学研究
- 批准号:21873078
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:66.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:曹泽星
- 依托单位:
呋喃类生物燃料热解自由基激发态及其与分子氧反应过程的理论研究
- 批准号:21673185
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:66.0万元
- 批准年份:2016
- 负责人:曹泽星
- 依托单位:
光敏有机分子和荧光蛋白光功能特性的调控及其相关无辐射过程的理论研究
- 批准号:21133007
- 项目类别:重点项目
- 资助金额:280.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:曹泽星
- 依托单位:
DNA糖苷酶催化N-糖苷键水解机理与酶活性调控分子机制的理论研究
- 批准号:20873105
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:40.0万元
- 批准年份:2008
- 负责人:曹泽星
- 依托单位:
凝聚相固氮酶催化分子氮还原过程的组合QM/MM计算研究
- 批准号:20673087
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:32.0万元
- 批准年份:2006
- 负责人:曹泽星
- 依托单位:
分子线富碳共轭体系光物理与光化学性质的理论研究
- 批准号:20473062
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:22.0万元
- 批准年份:2004
- 负责人:曹泽星
- 依托单位:
局域多参考组态相互作用方法在复杂多电子体系中的应用
- 批准号:20173042
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:17.0万元
- 批准年份:2001
- 负责人:曹泽星
- 依托单位:
小分子激发态的耦合位能面与反应动力学的理论研究
- 批准号:29773036
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:10.0万元
- 批准年份:1997
- 负责人:曹泽星
- 依托单位:
国内基金
海外基金
