氢键系统中质子传递和蛋白质中能量传递的计算机模拟

论文摘要

本论文包括氢键系统中质子传递的计算机模拟和蛋白质中生物能量传递的计算机模拟。我们首先以庞小峰教授提出的氢键系统质子传递新理论为基础,用四阶Runge-Kutta 方法和Matlab 语言数值模拟了在受到杂质、恒定外场、温度和阻尼等因素影响下在这个系统中的质子传递。模拟结果表明杂质、恒定外场和阻尼系数能够改变质子的传递速度,但质子仍能够稳定传递。温度对质子传递的影响较大,在190K 左右质子传递速度达到一个最大值,在210K 左右达到一个最小值,这与实验测出的结果完全符合。因此,我们的模拟结果证明庞小峰教授提出的新理论是完全正确的。然后我们以庞小峰教授在蛋白质分子中提出的改进的生物能量传递模型为基础,利用用四阶Runge-Kutta 方法和Matlab 语言数值模拟了只含有一个量子的波函数和耦合系数χ2=0 两种特殊情况下单通道和三通道蛋白质分子中的能量传递随温度的变化。在模拟过程中,我们综合考虑了结构无序性、温度、杂质及综合因素下的生物能量传递的情况。模拟结果表明,在这两种特殊情况下,在生理温度时生成的孤立子是不稳定的,它不能承担起能量传递的任务。但使用庞的新生物能量传递模型进行数值模拟时,在生理温度下这孤立子是非常稳定的,它能够承担起能量传递的任务。因此,我们的研究证明了庞的新生物能量传递模型是唯一正确的理论模型。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 氢键系统中质子传递的相关概念和研究现状
• 1.3 蛋白质中能量传递的相关概念及研究现状
• 1.4 本人的主要工作和创新之处
• 1.5 论文的安排
• 第二章 氢键系统中质子传递的研究
• 第一节 氢键系统中质子传递的理论
• 1.1 质子传递的ADZ 模型和缺陷结构的二维动力学模型
• 1.2 氢键系统质子传递的新理论
• 1.3 小结
• 第二节 模拟方法
• 2.1 数值计算方法
• 2.2 模拟方案
• 2.2.1 初始条件
• 2.2.2 方程变换及数值化
• 2.2.3 编程与计算
• 2.3 氢键系统中质子传递的影响因素及在模拟中的实现
• 2.3.1 孤子在氢键系统中的碰撞
• 2.3.2 外场及温度效应
• 2.3.3 有杂质存在时的质子传递
• 2.4 小结
• 第三节 模拟结果与讨论
• 3.1 自由状态下孤立子的运动
• 3.1.1 自由状态下孤立子的运动
• 3.1.2 孤立子的碰撞
• 3.2 有杂质存在时氢键系统中的质子传递
• 3.3 外场和温度等对孤子传递的影响
• 3.3.1 外场的影响
• 3.3.2 温度效应
• 3.3.2.1 E=200KV/cm 时的孤子传递随温度的变化
• 3.3.2.2 E=100KV/cm 时的孤子传递随温度的变化
• 3.3.2.3 衰减系数对孤子传递的影响
• 3.4 蛋白质中质子传递情况
• 3.4.1 E=100KV/cm
• 3.4.2 E=200KV/cm
• 3.5 小结
• 第三章 蛋白质中能量传递的研究
• 第一节 蛋白质中能量传递的理论
• 1.1 蛋白质中能量传递的Davydov 模型和理论
• 1.2 改进的Davydov 理论
• 1.2.1 Davydov 理论的缺陷
• 1.2.2 改进的Davydov 理论
• 1.2.3 改进的Davydov 理论的孤子运动方程
• 1.3 小结
• 第二节 模拟方法
• 2.1 量子力学方法
• 2.2 模拟中遵循的原则
• 2.3 数值计算方法和模拟方案
• 2.3.1 数值计算方法
• 2.3.2 模拟方案
• 2.3.2.1 初始条件
• 2.3.2.2 方程变换及数值化
• 2.3.2.3 编程与计算
• 2.4 蛋白质分子能量传递的影响因素及在模拟中的实现
• 2.4.1 温度效应
• 2.4.2 蛋白质分子结构的无序性研究
• 2.4.3 侧链和杂质的影响
• 2.5 改变波函数进行模拟
• 2.6 小结
• 第三节 模拟结果与讨论
• 3.1 自由状态下孤立子的运动
• 3.1.1 自由状态下的孤子运动
• 3.1.2 孤立子的碰撞
• 3.1.3 在标准参数下孤子长时间运动
• 3.2 单链蛋白质分子在波函数为3.8 式时的孤子运动
• 3.2.1 新模型中孤子在生理温度下的运动
• 3.2.1.1 标准参数情况
• 3.2.1.2 温度变化和蛋白质分子结构无序及杂质等影响下孤立子的运动情况
• 2 = 0 时的情况'>3.2.2 χ₂ = 0 时的情况
• 3.2.2.1 标准参数不同温度下的孤子传递
• 3.2.2.2 温度变化和蛋白质分子结构无序及杂质等影响下孤立子的运动情况
• 3.3 波函数为3.37 式时的孤子传递
• 2 ≠0 时的情况'>3.3.1 χ₂ ≠0 时的情况
• 3.3.1.1 标准参数不同温度下的孤子传递
• 3.3.1.2 温度变化和蛋白质分子结构无序及杂质等影响下孤子的运动
• 2 = 0 时的情况'>3.3.2 χ₂ = 0 时的情况
• 3.3.2.1 标准参数不同温度下的孤子传递
• 3.3.2.2 温度变化和蛋白质分子结构无序及杂质等影响下孤子的运动
• 3.4 小结
• 第四章 总结
• 参考文献
• 致谢