检索结果-内蒙古大学图书馆

应用数学和力学 2016年第12期37卷 1324-1344页

作者：涂国华陈坚强毛枚良赵晓慧刘化勇空气动力学国家重点实验室(中国空气动力研究与发展中心) 四川绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所四川绵阳621000

高阶精度加权紧致非线性格式(WCNS)越来越广泛地应用于复杂流动数值模拟.WCNS可以与多种无粘通量分裂方法结合起来使用.但是,常见的通量分裂方法都是基于低阶格式发展起来的,目前还不清楚哪些通量分裂方法最适合WCNS,也不知道这些方法... 详细信息

高阶精度加权紧致非线性格式(WCNS)越来越广泛地应用于复杂流动数值模拟.WCNS可以与多种无粘通量分裂方法结合起来使用.但是,常见的通量分裂方法都是基于低阶格式发展起来的,目前还不清楚哪些通量分裂方法最适合WCNS,也不知道这些方法与高阶格式结合时将会产生什么效果.表面热流计算是高超声速流动数值模拟的难点之一,为了在热流计算时选择合适的通量,研究了多种通量分裂方法的耗散大小.每种通量都可以表示成中心部分与耗散部分之和.这些通量的中心部分相同且非常简单,但是耗散部分较为复杂,且不同的通量分裂方法可导致不同的耗散表达式.通过对通量耗散进行分析可以发现耗散大小与网格界面两侧的物理量跳跃近似线性正相关.数值计算表明高阶格式得到的网格界面左右两侧的物理量跳跃通常远比低阶格式小,因而带来的通量耗散小.通过3个典型算例考察了通量耗散对热流计算的影响,其中包括高超激波/边界层干扰算例.基于对van Leer通量、Steger-Warming通量、KFVS通量、Roe通量、AUSM类通量和HLL类通量的考察,给出了通量选择建议.

关键词：加权紧致非线性格式激波/边界层干扰 Euler通量高阶精度热流

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带非线性优先连接规则增长模型的节点度分布

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北京邮电大学学报 2016年第5期39卷 116-123页

作者：卢友军许道云周锦程贵州大学计算机科学与技术学院贵阳550025 黔南师范学院数学与统计学院贵州都匀558000

把非线性优先连接规则、每一时间步添加新节点或新边等考虑在内,提出了一种更一般的复杂网络增长模型,给出并采用概率方法严格证明了该模型的节点度分布表达式,利用节点度分布表达式计算了2个不同节点加权函数对应网络模型的节点度分布... 详细信息

把非线性优先连接规则、每一时间步添加新节点或新边等考虑在内,提出了一种更一般的复杂网络增长模型,给出并采用概率方法严格证明了该模型的节点度分布表达式,利用节点度分布表达式计算了2个不同节点加权函数对应网络模型的节点度分布.研究结果表明,已有的一些著名网络模型为该模型的特例,相应网络模型的节点度分布也可由该模型的节点度分布表达式得到.此外,针对2个不同加权函数对应网络模型的实验结果表明,理论结果与仿真实验结果相符.

关键词：节点度分布非线性优先连接节点加权函数

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分子空位缺陷对环三亚甲基三硝胺含能材料几何结构、电子结构及振动特性的影响

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物理学报 2015年第24期64卷 148-156页

作者：彭亚晶蒋艳雪渤海大学物理系锦州121013 中国科学院大连化学物理研究所分子反应动力学国家重点实验室大连116023

含能材料中的微观缺陷是导致"热点"形成并相继引发爆轰的重要因素.然而,由于目前人们对材料内部微观缺陷的认识不足,限制了对含能材料中"热点"形成微观机理的理解,进而阻碍了含能材料的发展和应用.为了洞悉含能材... 详细信息

含能材料中的微观缺陷是导致"热点"形成并相继引发爆轰的重要因素.然而,由于目前人们对材料内部微观缺陷的认识不足,限制了对含能材料中"热点"形成微观机理的理解,进而阻碍了含能材料的发展和应用.为了洞悉含能材料内部微观缺陷特性及探索缺陷引发"热点"的形成机理,利用第一性原理方法研究了分子空位缺陷对环三亚甲基三硝胺(RDX)含能材料的几何结构、电子结构及振动特性的影响,探讨了微观缺陷对初始"热点"形成的基本机理.采用周期性模型分析了分子空位缺陷对RDX几何结构、电子能带结构、电子态密度及前线分子轨道的影响.采用团簇模型分析了分子空位缺陷对RDX振动特性的影响.结果发现,分子空位缺陷的存在使其附近的N—N键变长,分子结构变得松弛;使导带中很多简并的能级发生分离,电子态密度减小,并使由N-2p和O-2p轨道形成的导带底和价带顶均向费米面方向移动,降低了能带隙值,增加了体系活性.前线分子轨道及红外振动光谱的计算分析表明,分子缺陷使最高已占分子轨道电荷主要集中在缺陷附近的分子上,且分子中C—H键和N—N键能减弱.这些特性表明,分子空位缺陷的存在使体系能带隙变小,并使缺陷附近的分子结构松弛,电荷分布增多,反应活性增强;在外界能量激发下,缺陷附近分子将变得不稳定,分子中的C—H键或N—N键较易先发生断裂,发生化学反应释放能量,进而成为形成"热点"的根源.

关键词：空位缺陷含能材料电子结构振动特性

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MEMS捷联式惯性导航系统振动控制

MEMS捷联式惯性导航系统振动控制

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作者：段振雨中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)

学位级别：硕士

MEMS捷联式惯性导航系统(MEMS SINS)是直接安装在载体中,利用MEMS加速度计和MEMS陀螺来测量载体相对于惯性空间的线运动和角运动参数,并经计算后实施导航任务的装置,具有体积小、自主性强等优点。由于导航系统直接固连在载体上,载体的... 详细信息

MEMS捷联式惯性导航系统(MEMS SINS)是直接安装在载体中,利用MEMS加速度计和MEMS陀螺来测量载体相对于惯性空间的线运动和角运动参数,并经计算后实施导航任务的装置,具有体积小、自主性强等优点。由于导航系统直接固连在载体上,载体的任何振动都将直接传递到系统中陀螺、加速度计等惯性元件上,大大降低了MEMS SINS的导航精度。尤其在导弹应用环境中发动机振动、空气扰动等因素都将使惯性器件产生严重的动态测量误差。因此,研究振动力传递,减小环境振动对MEMS SINS输出精度的影响显得尤为重要。本文在分析大量国内外相关资料的基础上,为满足导弹应用环境对振动噪声抑制的特殊要求,通过对小尺寸、轻载荷隔振对象隔振系统进行深入研究,利用理论分析和试验测试相结合的方法对MEMS SINS的隔振系统进行了设计与研究,仿真和试验结果表明所设计的隔振系统具有良好的隔振效果。文章主要研究内容如下:首先,从MEMS陀螺的工作原理出发建立了不同方向线振动条件下陀螺输出误差幅值的数学模型,并通过正弦扫频振动实验得到了模型参数,分析模型得出,若隔振设计只针对MEMS陀螺,隔振系统的截止频率应越低越好。接着,参考振动条件下MEMS陀螺误差输出模型,结合工程实际确定了MEMS SINS的性能指标。由确定的性能指标及正弦扫频振动试验得到的幅频特性曲线完成了单自由度隔振系统设计,为适应单自由度隔振系统设计结果,减小线振动和角振动之间的耦合,完成了隔振系统的解耦设计。然后,根据单自由度隔振系统设计结果对隔振器刚度和阻尼的要求,结合橡胶隔振器的超弹本构模型,完成了橡胶隔振器的设计。Radioss仿真分析结果表明,设计的隔振器能够满足隔振系统的刚度要求。最后,采用试验的方法,分别验证了隔振后MEMS SINS输出的性能指标和隔振效果。通过正弦扫频振动试验得出,隔振后X、Y向(轴向和侧向)MEMS SINS的截止频率分别为125?15 Hz、105?10 Hz,放大倍数约为6.024 d B、5.47 d B,由于隔振器侧向结构完全对称,故在三轴线振动方向上,设计的隔振系统基本满足性能指标要求;通过对比Y向正弦扫频振动激励下,隔振前后MEMS SINS各惯性器件的输出曲线及各惯性器件输出误差的大小得出,设计的隔振系统具有良好的隔振降噪效果。尤其在陀螺的隔振降噪方面,隔振后X、Y、Z三个方向上陀螺输出标准差分别下降到了原来的:43.5%、40.2%、34.6%。

关键词： MEMS SINS 正弦扫频振动试验幅频特性曲线解耦设计隔振系统设计

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氦积累的钒中辐照损伤的原子模拟

氦积累的钒中辐照损伤的原子模拟

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2016第八届全国计算物理会议

作者：朱晓禄中科院近代物理研究所

分子动力学模拟方法被用来研究含有不同替位氦浓度的钒中的位移级联,位移级联对辐照温度和离位能的依赖也做了详细的分析。模拟结果表明弗兰克尔缺陷对的数目随着离位能的增加而增加,但600K时增加速率小于300K时的增加速率。本文的主要... 详细信息

分子动力学模拟方法被用来研究含有不同替位氦浓度的钒中的位移级联,位移级联对辐照温度和离位能的依赖也做了详细的分析。模拟结果表明弗兰克尔缺陷对的数目随着离位能的增加而增加,但600K时增加速率小于300K时的增加速率。本文的主要关注点在氦-空位团簇的形成上,结果表明氦-空位团簇的数目随着氦浓度

关键词：空位团原子模拟位移级联

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结构材料辐照损伤的分子动力学程序GPU并行化及优化方法

结构材料辐照损伤的分子动力学程序GPU并行化及优化方法

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2016第八届全国计算物理会议

作者：祁美玲王苍龙田园中科院近代物理研究所

分子动力学模拟方法作为研究结构材料初级辐照损伤的重要模拟工具,由于受到计算能力的制约,很难模拟千万乃至数亿量级的原子体系。本文基于NIVIDIA公司的CUDA架构对结构材料辐照损伤的分子动力学程序在单个GPU上进行了并行化,并对影响... 详细信息

分子动力学模拟方法作为研究结构材料初级辐照损伤的重要模拟工具,由于受到计算能力的制约,很难模拟千万乃至数亿量级的原子体系。本文基于NIVIDIA公司的CUDA架构对结构材料辐照损伤的分子动力学程序在单个GPU上进行了并行化,并对影响程序运行效率的相关因素进行了分析和测试。经过一系列优化,相比于单CPU的执行时间,粒子数为两百万时,双精度加速比可达112倍,单精度加速比达到了三百倍,为后续扩展为大规模多GPU的结构材料辐照损伤的分子动力学程序打下基础。

关键词：分子动力学 GPU并行化优化

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光在原子介质中的传播和存储及多边带冷却对囚禁原子的影响

光在原子介质中的传播和存储及多边带冷却对囚禁原子的影响

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作者：李凯中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所)

学位级别：博士

光是比较好的信息载体,所以研究光信息在介质中的传输和存储显得尤为重要。而电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency,简称EIT)技术是操控光与原子相互作用比较好的方法。当两束激光与原子两基态子能级跃迁的频率满足... 详细信息

光是比较好的信息载体,所以研究光信息在介质中的传输和存储显得尤为重要。而电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency,简称EIT)技术是操控光与原子相互作用比较好的方法。当两束激光与原子两基态子能级跃迁的频率满足双光子共振时,就会发生EIT效应。在EIT现象中,原子被囚禁在一个不与较高能级的激发态相互作用的相干暗态上,这一特性就可以使原子几乎透明的穿过介质,而不被吸收。EIT介质呈现强色散高透射的特性,能实现光速的减慢,再通过绝热地关闭和开启耦合光就可以将存储在介质中的光信号提取出来。这种通过EIT现象实现光减慢和光存储的技术在量子计算和量子通信领域具有巨大的应用前景。本文围绕光脉冲在原子介质中的存储完成以下方面工作。一是在铷原子中从事慢光实现,并发现电磁诱导透明窗口可以用于低通滤波器；二通过控制光脉冲的减速延迟,获得高斯脉冲的全部和部分存储；三是利用磁光阱方法制备了冷原子气体,为进一步研究光信息在冷原子中的存储建立基础。论文涉及的主要成果可以概括如下：第一,设计和搭建了一套以电磁诱导透明实验为基础的实验系统,用于进行光速减慢及光脉冲存储和提取的研究。第二,实现了铷原子A型塞曼子能级的电磁诱导透明的光脉冲的减速,并发现EIT窗口可用于光脉冲的低带通滤波器。第三,分析了慢光信随一些参数的变化关系,比如原子温度、耦合光强度、入射脉冲的宽度。得到了几乎与参考光信号完全分开的慢光信号,并通过控制耦合光的关闭和开启,可控的将全部或部分的光脉冲存储在原子介质中。第四,研究了激光放大芯片边带对冷原子的影响。我们利用外差法测量了边带个数对双频的频率差的依赖关系。在频率差为80MHz时,我们观察到6阶边带。另外,我们利用法布里—珀罗干涉仪探测了每个边带的功率分布, 研究了注入激光功率和放大芯片电流对边带产生的影响。我们在从事钾原子冷却和囚禁过程中,观察到了这种边带效应对冷原子的影响。对于40K,频率差为1.3GHz,此时边带对囚禁原子数目没有影响；而对于41K,频率差只有254MHz,此时边带效应可以减少囚禁原子数目一个数量级。第五,利用二维磁光阱中的多边带冷却提高囚禁6Li原子数目。在二维磁光阱中,我们通过在冷却光中产生6个边带将光的频谱宽度展宽到102MHz, 从而来和快速运动的原子相互作用,大幅度地提高了原子的囚禁速度。三维磁光阱中6Li原子的数目为6.0×108,与单频冷却相比原子数目提高了4倍。我们研究了囚禁冷原子数目与激光失谐量的关系, 实验结果和基于简单的二能级模型的理论计算吻合得很好。我们还通过分析精细结构交换的碰撞损失来进一步验证多边带冷却对锂原子是有效的(相对于很多其他的碱金属原子)。

关键词：电磁诱导透明光减速光存储多边带冷却

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顺磁弛豫增强固体NMR技术在分子筛催化中的应用研究

顺磁弛豫增强固体NMR技术在分子筛催化中的应用研究

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作者：周雷中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所)

学位级别：博士

固体NMR技术是表征多相催化剂微观结构和催化反应机理的有力工具,其广泛应用深化了人们从原子分子水平上对多相催化体系的结构性质、催化性能及其构效关系的认识。顺磁弛豫增强是顺磁中心的孤电子与周边原子核产生的偶极-偶极相互作用... 详细信息

固体NMR技术是表征多相催化剂微观结构和催化反应机理的有力工具,其广泛应用深化了人们从原子分子水平上对多相催化体系的结构性质、催化性能及其构效关系的认识。顺磁弛豫增强是顺磁中心的孤电子与周边原子核产生的偶极-偶极相互作用导致周边原子核的弛豫速率增强的现象。目前顺磁弛豫增强NMR技术已广泛应用于生物大分子的结构解析和动力学性质的研究中。将顺磁金属离子引入到多相催化剂中,它既可扮演催化反应的活性中心,亦可作为探针从一个全新的视角来探测多相催化体系的内在构效关系。本论文主要利用顺磁弛豫增强固体NMR技术,系统深入地研究了分子筛骨架结构、活性中心和催化反应,拓展了该技术在多相催化体系中的应用。另外,本论文还利用多核多维固体NMR方法深入研究了组氨酸与锌离子在不同pH值下的相互作用。主要研究内容和研究结果包括：一、通过顺磁弛豫增强固体NMR技术,我们实现了天然丰度的催化反应过程的观测。当我们将少量的顺磁性的Cu(Ⅱ)离子加入到HY分子筛后,分子筛骨架原子如29Si和吸附分子的纵向弛豫时间T1极大缩短,实现了NMR信号的快速采样。在天然丰度丙酮反应物的多相催化反应中,13C谱图的信号至少有5-30倍的增强。顺磁弛豫增强固体NMR技术在天然丰度多相催化体系中应用,极大的缩减原位固体NMR实验中同位素富集的成本,而且还缩短了固体NMR的采样时间。二、利用顺磁弛豫增强固体NMR技术检测了催化反应过程中Cu-HY分子筛中铜物种的价态的变化过程,其中铜物种的价态变化过程与分子筛中骨架原子(如29Si)和吸附分子的纵向弛豫时间T1的变化密切相关。具体研究了三甲基膦和CO氧化过程中铜物种的价态的变化。该方法可以同时兼顾对金属离子活性中心的检测和催化机理的研究。三、利用固体NMR技术研究了含顺磁离子的Cu-H-MOR分子筛上甲醇羰基化反应的过程,探讨了铜物种对羰基化反应的影响。铜掺杂的Cu-H-MOR分子筛上羰基化反应活性和选择性均远高于H-MOR分子筛。我们发现体系中的Cu(Ⅰ)物种能稳定中间产物二甲醚,抑制了二甲醚与甲醇的进一步反应生成碳水化合物,并且大量二甲醚的存在也是在Cu-H-MOR分子筛上高选择性生成乙酸甲酯的原因。此外,实验中还发现,与Cu(I)紧密吸附的CO并不是羰基化反应中的活性物种,相反会占据Cu(Ⅰ)位点,影响二甲醚在Cu(Ⅰ)上的吸附,导致碳水化合物的大量生成。这些实验结果将为羰基化反应的金属掺杂的双功能催化剂的设计提供参考依据和思路。四、结合多种固体NMR技术和理论计算研究了不同pH条件下组氨酸与锌离子的相互作用。借助二维同核和异核相关NMR技术对不同结构的组氨酸-锌离子复合物中的1H,13C和15N的化学位移进行了一个全归属；并且测量了不同复合物中13C和15N的化学位移各向异性以及1H-15N耦合常数的大小,这些参数的变化反映了组氨酸与锌离子相互作用后化学环境的变化；根据NMR的实验结果,提出了不同的组氨酸与锌离子相互作用的结构模型,并利用DFT计算进行了证实。这些结果给生物蛋白中组氨酸与金属离子相互作用的结构与功能之间的关系提供一些基础。

关键词：固体NMR 顺磁弛豫增强多相催化分子筛金属离子

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用于中性原子量子计算的单量子比特操控

用于中性原子量子计算的单量子比特操控

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作者：尉石中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所)

学位级别：博士

我们详细研究了用于中性原子量子计算的单量子比特操控.实现量子计算的基本要素包括：可扩展量子寄存器的制备和读取,单量子比特操作,多量子比特操作.基于“碰撞阻塞”效应,可以在微型光学偶极阱中囚禁单原子.为了实现量子寄存器的初始... 详细信息

我们详细研究了用于中性原子量子计算的单量子比特操控.实现量子计算的基本要素包括：可扩展量子寄存器的制备和读取,单量子比特操作,多量子比特操作.基于“碰撞阻塞”效应,可以在微型光学偶极阱中囚禁单原子.为了实现量子寄存器的初始化,我们在环形光晶格中制备单原子阵列.对于碱金属原子,量子比特被编码在基态超精细结构能级上.我们采用双光子受激Raman跃迁,进行单原子内态的各种操控.本论文中,主要的创新点和结果展示如下：1、我们采用Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)脉冲时序有效抑制单原子量子比特的退相干.CPMG时序被视为是多组spin echo脉冲的叠加,已经应用于多种体系,可以有效改善量子比特的相干性.我们将这种技术扩展到单原子体系中,通过采用π脉冲个数n=6的CPMG时序,均匀退相干时间比采用spin echo脉冲时延长了3倍.2、利用辅助的可移动的光阱,我们在光晶格中转移单原子量子比特,并详细研究了转移过程对量子比特保真度的影响.如果辅助光阱的势深较大,将其从静止阱上掠过时,囚禁的单原子会跟随着移动阱一起运动,实现转移.原子的转移效率可以达到95%.因为不会影响光晶格中其他位置囚禁的原子,这种方案适用于可扩展的量子寄存器.在单原子转移过程中,本征态的保真度保持不变,为F=0.94.叠加态的保真度会受到影响,在T=20 ms时测量,未进行转移时保真度为F=0.74,经过转移后减小到F=0.66.研究表明,单原子转移过程中叠加态保真度的损失,主要来自于该过程引起的加热效应和偶极阱激光的指向涨落.与单离子转移相比较,单原子转移的研究存在着很多共性的需求和挑战,进一步可以将我们的转移过程与其他手段相结合.3、我们研究了自由空间和偶极阱中单原子物质波干涉.采用一系列对射Raman光脉冲,可以实现冷原子干涉仪,在精密测量领域有着广泛的应用.我们实现了自由空间中的单原子Mach-Zehnder型干涉仪,并测量了单原子物质波相干长度.同时在偶极阱中,观察到干涉条纹对比度随着测量时间的延长而迅速衰减,这正是由于原子在阱中做简谐运动造成的.由此,我们提出了偶极阱中包含两脉冲的单原子干涉仪方案.4、我们优化激光冷却时序,将囚禁在双色阱中的单原子冷却到Lamb-Dicke区.为了在红失谐光学偶极阱中实现强囚禁,一束蓝失谐的中空光束与之叠加.优化偏振梯度冷却后,采用释放再抓捕的方法测量单原子温度.通过计算得到,阱中单原子满足Lamb-Dicke条件,有助于进一步采用Raman边带冷却制备单原子到简谐运动基态.5、我们采用压缩感知技术初步提高了单原子阵列荧光成像的分辨率.当信号满足特定的稀疏条件时,压缩感知提供了一种恢复重建信号的求解算法.实验中,我们收集单原子荧光,成像到电子倍增相机上,对整个单原子阵列进行实时监测和控制.应用压缩感知技术处理后,初步提高了两个单原子成像的分辨率.总之,我们在可扩展的量子寄存器中展示了单原子量子比特的各种操控.这些工作为采用中性原子进行量子计算提供了基础.

关键词：原子的激光冷却与囚禁单原子量子计算

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利用魔角旋转固体核磁共振解析蛋白质结构的标记方法和应用研究

利用魔角旋转固体核磁共振解析蛋白质结构的标记方法和应用研究

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作者：李建平中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所)

学位级别：博士

魔角旋转固体核磁共振(Magic Angle Spinning Solid-state Nuclear Magnetic Resonance, MAS SSNMR)被认为是一种适合用于研究难溶解、难结晶的蛋白质结构的有力手段。其中,膜蛋白是MAS SSNMR非常重要的研究对象之一。膜蛋白是生物体内... 详细信息

魔角旋转固体核磁共振(Magic Angle Spinning Solid-state Nuclear Magnetic Resonance, MAS SSNMR)被认为是一种适合用于研究难溶解、难结晶的蛋白质结构的有力手段。其中,膜蛋白是MAS SSNMR非常重要的研究对象之一。膜蛋白是生物体内各种细胞活动的主要参与者和执行者,是一类极其重要的疏水性蛋白质。目前市场上约70%的药物靶点是膜蛋白。然而由于膜蛋白难以表达、疏水性及不易结晶等特点,使得这一类蛋白质的结构研究极其困难。MAS SSNMR在研究膜蛋白结构上有不可替代的四大优势：可以在天然膜环境或更接近天然膜环境的磷脂双分子层上进行膜蛋白结构的研究、在理论上固体NMR信号的线宽不受蛋白分子量的影响、能够提供膜蛋白动力学及其与其它蛋白或者小分子的相互作用信息,因此,这一技术在膜蛋白结构研究上具有很大的发展潜力。高分辨蛋白质结构的解析,尤其是对于大分子量的蛋白质、多聚体的膜蛋白及具有多个结构域的蛋白质的结构解析,依赖于大量的距离约束。然而,MAS SSNMR用于蛋白质结构研究的最大瓶颈正是很难获得足够数量的距离约束。其主要原因在于：(1)MAS SSNMR中谱峰重叠严重,很难准确归属谱峰对应的距离约束；(2)谱峰重叠难以通过增加实验维数来解决,如由二维实验到三维实验,因为MAS SSNMR常用的13C和15N检测的灵敏度低,很难利用三维或四维实验测量距离；(3)更重要的是,由于自旋核本身的物理属性限制,由自旋核之间偶极-偶极耦合作用较弱,获得的长程距离约束通常<6 A。针对这些问题,作者开展了三方面的研究工作：实现了氨基酸选择性反标记和13C隔位标记方法、发展了用于MAS SSNMR的顺磁标记-赝接触位移技术(Pseudocontact shift, PCS)、结合多种同位素标记方法和顺磁标记技术研究膜蛋白DAGK(diacylgycerol kinase)单体间的界面及三维结构。首先,利用模型蛋白GB1,我们摸索了不同的氨基酸进行反标记的效率。使用葡萄糖作碳源,F、W、Y、I、L、K和T七种氨基酸可以同时被反标记。使用[1,3-13C]-甘油或[2-13C]-甘油或[1-13C]-葡萄糖或[2-13C]-葡萄糖作碳源,我们在膜蛋白DAGK上系统对比了不同碳源的隔位标记效果差异,[1-13C]-葡萄糖和[2-13C]-葡萄糖的隔位标记样品分辨率略差于[1,3-13C]-甘油和[2-13C]-甘油隔位标记的样品分辨率,且信噪比远低于后者。对于膜蛋白样品,使用[1,3-13C]-甘油和[2-13C]-甘油进行隔位标记是更好的选择。然后,我们发展了用于MAS SSNMR的顺磁标记PCS方法来解析蛋白质的三维结构。在这项工作当中,通过人为引入外源的磁各向异性顺磁金属离子,从MAS SSNMR谱图中获得PCS数据,结合使用Rosetta的结构计算方法,我们计算得到了一个高分辨率的蛋白质三维结构。PCS在提供距离约束上具有质量高、效率高和数量多的优势,很有潜力成为用于研究具有挑战性地生物大分子的常规方法,比如研究膜蛋白及淀粉样蛋白质纤维的结构。最后,我们结合多种同位素标记方法及顺磁标记PRE (Paramagnetic relaxation enhancement)方法研究了膜蛋白DAGK在***天然膜提取物中的四级结构和三级结构。在这项工作中,我们找到了将稳定的DAGK三聚体变性解聚成单体的方法,并能够将变性的DAGK单体重新组装成三聚体。通过相关实验验证,经过变复性之后,DAGK的结构未发生改变,且保留较好的酶活性。结合多种标记方式和核磁方法,我们获得了膜蛋白DAGK的四级结构信息,证明DAGK在***天然膜提取物中的四级结构与其在去垢剂DPC和油脂立方相LCP中的有相同性也有明显的差异性。在DAGK单体界面的研究过程中,我们使用了TEDOR、PDSD和分子间的PRE三种方法。通过对比,分子间的PRE是更适合用于研究膜蛋白单体间界面的方法,它具有核磁共振实验操作简单、分子间距离约束信号容易归属、长程距离远和距离约束丰富的优势,势必会被更广泛的应用在膜蛋白的四级结构研究中。

关键词：魔角旋转固体核磁共振同位素标记方法顺磁标记技术距离约束蛋白质结构膜蛋白DAGK

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