蛋白质经带电石墨烯纳米孔输运的模拟研究

In the past two decades, the translocation of biomolecules (DNA, protien, polymer,etc) through nanopore has been one of the hottest fields in the world. These phenomena in confined geometries are of fundamental and critical importance for many processes in chemistry, physics and biology. As the significant progress has been achieved in experimental studies of the translocation process at the single-molecule level, a nanopore-based device could also provide applications for polymer detection and sequecing. This project is intended to use molecular dynamics simulations to simulate the conformation of protein in charged graphene nanopore and study the response of conformation of protein to the electric charge on graphene. This could help us to understand the folding mechanism of protein. We will also simulate the translocation of protein with no transmembrane bias to explore the other factor in protein translocation, clarify the nature of translocation dynamics, and explain some experimental results.

近二十年来，研究高分子（DNA、蛋白质、聚合物等）通过纳米孔的跨膜移位是国内外研究的一个热点课题。一方面是由于这个过程在生物体内很常见，是一个基本的科学问题，另一方面则是利用纳米孔可以对高分子进行快速测序。本项目旨在通过分子动力学的方法，模拟统计蛋白质在带电不同的石墨烯孔中的构象，研究蛋白质构象与石墨烯带电情况的对应关系。模拟研究蛋白质在带电不同石墨烯纳米孔中的输运情况，揭示相互作用改变蛋白质解折叠的机理。模拟蛋白质在无外加驱动下经石墨烯的输运，探索驱动蛋白质运动的其他因素，阐明其动力学本质，合理解释一些实验结果。

近年来，研究高分子（DNA、蛋白质、聚合物等）通过纳米孔的跨膜移位是国内外研究的一个热点课题。石墨烯作为一种新兴材料，在纳米孔检测方面也具有广泛的应用前景。本项目以石墨烯检测蛋白质为背景，采用粗粒化方法系统研究了半柔性高分子的临界吸附，高分子在两个圆形空腔内的平衡分布，以及温度对带电高分子逃离具有排斥作用的纳米孔的影响。通过研究分析，我们得到了高分子吸附和穿孔时的典型构象，探索了在无驱动力时影响高分子穿孔的因素，并发现了一些相关的标度关系。这些工作为研究蛋白质经石墨烯的输运和检测提供了理论依据，也为理解一些生命过程提供了支持。