发展多尺度框架下的荧光光谱理论以研究蛋白质误折叠微观机理

深入研究蛋白质在分子水平上的微观热力学动力学机制对理解和抑制误折叠，低聚化过程至关重要。荧光相关技术是蛋白质折叠研究中重要且基本的实验研究手段。本项目旨在通过发展相关的多尺度理论方法，建立一个紧密结合统计力学、耗散动力学、密度泛函、激子模型和格林函数等的理论模型来模拟具体实验中蛋白质热力学、折叠动力学及其相关荧光光谱信号，并系统和定量的研究荧光光学跃迁信息与蛋白质结构动力学信息间的关联。我们将结合密度泛函理论和激子模型等实现单帧蛋白质分子荧光光谱的理论表征；引入和扩展马尔可夫态模型等多种统计力学采样算法以对蛋白质热力学和折叠动力学进行模拟，最终发展一套基于分子动力学模拟轨迹以构建涨落哈密顿量的方法以将上述两方面研究结合起来完善理论模型。这里提议的技术将被用来协助解释导致老年痴呆症等神经性疾病的多肽低聚化致病机理。

光谱技术是研究生物学诸多问题如蛋白质折叠等的最重要的手段之一。本项目围绕蛋白质相关动力学过程及光谱表征展开，建立多尺度框架模型，结合分子动力学模拟和量子化学等方法，实现了蛋白质折叠荧光光谱理论与实验的对接，深入探讨和理解了蛋白质折叠机理。以此为核心进行了蛋白质红外光谱、盐溶液红外谱、低聚芴吸收和发射谱等方面进行了研究，还对荧光蛋白标志物的分子设计方面提出了非常有潜力的方案。项目基本按计划顺利实施，完成情况良好。