《蛋白質-納米材料體系中的吸附和電子轉移》是依託中國科學院大學，由李曉毅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：蛋白質-納米材料體系中的吸附和電子轉移
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李曉毅
- 依託單位：中國科學院大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
納米材料生物毒性的機理，事關我們的健康和安全。與之密切相關的，是蛋白質和納米材料之間的物理吸附和電子轉移問題。本課題利用分子動力學模擬，研究蛋白質大分子與不同特性的納米材料，在不同環境中的吸附，考察吸附過程中的pi-pi堆疊作用、疏水親水作用、靜電作用、范德華作用、空間限制和氫鍵等，找到吸附構象的變化規律和控制條件，特別是因吸附而導致的蛋白質結構和功能的變化規律和控制條件。再結合分子動力學模擬和量子力學，計算不同吸附構象下，蛋白質和納米材料之間電子轉移反應的動力學特性參數，包括電子轉移耦合矩陣元、重組自由能和電子轉移反應自由能，揭示影響蛋白質電子轉移功能的規律。在此基礎上，建立蛋白質-納米材料間吸附和電子轉移反應的物理圖像，闡釋納米材料特性、環境特性對蛋白質結構和功能的影響規律，為揭示納米材料的生物毒性機理提供思路和理論指導，並探尋減小納米材料對蛋白質結構和功能幹擾的可能途徑。
結題摘要
納米材料生物毒性的機理與蛋白質和納米材料之間的物理吸附和電子轉移問題密切相關。本項目利用理論推導，量子化學計算和分子動力學模擬，圍繞蛋白質大分子與納米材料之間的物理吸附和電子轉移反應開展研究。首先發展了一套綜合各種技術手段進行多尺度模擬的方法。在此方法上，研究發現，石墨烯和碳納米管與細胞色素C的吸附中，對蛋白質二級結構影響較小。但是氧化石墨烯與細胞色素C相互作用較強，對蛋白質的二級結構破壞較大。同時，確定了起關鍵作用的胺基酸殘基，確定了納米材料特性與吸附的關係。然後，基於不同的吸附構象，計算了蛋白質大分子與納米材料間電子轉移反應的電子轉移耦合矩陣元、重組自由能和電子轉移反應自由能，歸納了影響蛋白質電子轉移功能的規律。在此基礎上，揭示了部分納米材料生物毒性的機理。
