《細菌生物發光機理的計算模擬》是依託北京師範大學，由劉亞軍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：細菌生物發光機理的計算模擬
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：劉亞軍
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
自然界中能夠發可見光的生物很多，有一百幾十種細菌可以發藍到綠色的光。發光細菌的生物學意義還不清楚。關於其發光機理目前只是大概猜測，實驗研究很少，還沒有任何理論研究。可以肯定的是其發光機理與動物發光完全不同。細菌發光現象能夠穩定、靈敏、快速地反映環境中污染物的濃度變化，已成為國內外感測器研究和發展的熱點。本項目將從發光細菌的螢光素分子入手，建立從小到大直到包含整體蛋白環境的各種計算模型來循序漸進地模擬其發光過程。項目將使用量子化學、量子力學和分子力學相結合以及分子動力學的計算手段來考慮蛋白環境對發光體激發態的影響，可能的電子轉移機理，以及發光過程的譜學和能量學等問題，以期在分子水平搞清細菌發光的本質、機理和化學起源，為其生物發光的實際套用提供理論依據和指導。
結題摘要
哈維氏弧菌的發光已經得到實際套用，但是其發光機理只有粗略的猜測。結合有限的實驗信息，本項目首次對哈維氏弧菌的發光過程和機理進行了理論計算和多尺度模擬。清晰描述了從螢光素分子在螢光素酶的催化下加氧生成過氧鍵中間體以及過氧鍵熱解離發出可見光的全過程。回答了上世紀七十年代 Hastings提出的兩個科學問題：哈維氏弧菌的發光體是什麼?為什麼黃素單核苷酸分子(FMN)在螢光素酶中有應該猝滅現象？從理論計算的結果，我們指認了4a-羥基-5-氫取代的FMN（HFOH）是哈維氏弧菌生物發光的發光體。從螢光素酶的110號酪氨酸到FMN的單電子轉移導致了FMN的螢光猝滅。這項研究在分子和電子態水平搞清了細菌發光的本質、機理和化學起源，必將為其生物發光的實際套用提供理論依據和指導。
