趙 莉， 鄭海霞， 展凱云， 劉 冰

（中國(guó)石油大學(xué)（華東）理學(xué)院，山東青島266580）

0 引 言

“創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂，是一個(gè)國(guó)家興旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力?！币虼?，培養(yǎng)卓越的創(chuàng)新型人才是我國(guó)加快建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家、深入實(shí)施人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的基礎(chǔ)和關(guān)鍵［1］。高等院校作為人才培養(yǎng)的重地，必須深化教學(xué)改革，才能適應(yīng)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求［2］。綜合性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是由教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的一種新型教學(xué)模式，有助于培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用能力、創(chuàng)新能力和動(dòng)手實(shí)踐能力，激發(fā)學(xué)生的求知欲與探索欲［3-5］。

高精度的量化計(jì)算手段結(jié)合動(dòng)力學(xué)模擬的方法，是現(xiàn)階段研究分子激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)行為有效的理論手段。它是一門結(jié)合了經(jīng)典力學(xué)、量子力學(xué)、量子化學(xué)以及物理化學(xué)知識(shí)的綜合性技術(shù)。本項(xiàng)目依托于縱向科研項(xiàng)目，將最新的科研成果進(jìn)行轉(zhuǎn)化，結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)以及非絕熱躍遷的研究熱點(diǎn)與前沿，利用高精度的量化計(jì)算手段結(jié)合面躍遷的非絕熱動(dòng)力學(xué)模擬的方法，研究了綠色熒光蛋白發(fā)色團(tuán)分子在獨(dú)立于熒光蛋白結(jié)構(gòu)時(shí)的激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)行為。通過整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，讓學(xué)生了解科學(xué)研究的過程，增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、競(jìng)爭(zhēng)能力和合作意識(shí)。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)依據(jù)

1962年，日本科學(xué)家下村修［6］從維多利亞多管水母細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了綠色熒光蛋白。1992年，Prasher等［7］將其克隆出來并投入到應(yīng)用中，這給分子生物學(xué)、藥學(xué)以及細(xì)胞生物學(xué)等領(lǐng)域帶來了革命性的突破。它可作為一種標(biāo)記蛋白無創(chuàng)性的植入活細(xì)胞中監(jiān)測(cè)基因表達(dá)、生物分子相互作用和蛋白質(zhì)定位等生物學(xué)過程［8］。而這些應(yīng)用主要來自于其內(nèi)部發(fā)色團(tuán)高強(qiáng)度的熒光特性，熒光量子產(chǎn)率達(dá)到了0.8［9］?？茖W(xué)家們?cè)噲D從蛋白質(zhì)中分離出發(fā)色團(tuán)分子進(jìn)行應(yīng)用，卻發(fā)現(xiàn)發(fā)色團(tuán)在獨(dú)立于熒光蛋白或在蛋白質(zhì)失活的情況下會(huì)發(fā)生熒光淬滅現(xiàn)象，熒光量子產(chǎn)率降至10-3［10］。這種完全不同的光學(xué)行為強(qiáng)調(diào)了發(fā)色團(tuán)與包裹在外面的蛋白質(zhì)之間的聯(lián)合作用。目前已經(jīng)有大量的實(shí)驗(yàn)和理論研究試圖揭示發(fā)色團(tuán)在溶液和氣相中的熒光淬滅機(jī)理［11-13］。在這些研究的基礎(chǔ)上，科學(xué)家們認(rèn)為一種由激發(fā)態(tài)分子扭轉(zhuǎn)觸發(fā)的內(nèi)轉(zhuǎn)換機(jī)制是導(dǎo)致熒光淬滅的關(guān)鍵原因［13］，分子將通過激發(fā)態(tài)與基態(tài)的錐形交叉點(diǎn)退回到基態(tài)。實(shí)驗(yàn)中，人們發(fā)現(xiàn)該發(fā)色團(tuán)分子的激發(fā)態(tài)壽命不隨溶液的濃度發(fā)生變化，表明分子在退激發(fā)時(shí)是一種節(jié)省空間的構(gòu)型變化，也就是單鍵和雙鍵同時(shí)扭轉(zhuǎn)的過程，稱為hula扭轉(zhuǎn)［14］。然而，通過時(shí)間分辨的熒光光譜實(shí)驗(yàn)卻沒有發(fā)現(xiàn)雙鍵扭轉(zhuǎn)的反式（trans）產(chǎn)物，也就是沒有cis-trans對(duì)應(yīng)的雙鍵扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的異構(gòu)產(chǎn)物。由此，他們提出發(fā)色團(tuán)分子是沿著單鍵扭轉(zhuǎn)進(jìn)行退激發(fā)的［15-16］。由此可見，發(fā)色團(tuán)分子在退激發(fā)時(shí)到底是沿著雙鍵、單鍵還是單雙鍵同時(shí)扭轉(zhuǎn)的機(jī)制依然不明確，而這對(duì)探究如何提高單獨(dú)的發(fā)色團(tuán)分子的熒光特性至關(guān)重要。因此，采用了靜態(tài)的電子結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)合動(dòng)力學(xué)模擬的方法來研究綠色熒光蛋白發(fā)色團(tuán)分子的激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)行為。

2 實(shí)驗(yàn)儀器

計(jì)算機(jī)、Molpro量化軟件包中的CASSCF模塊，Chemcraft及CYLview可視化軟件、自主開發(fā)的基于面跳躍的非絕熱動(dòng)力學(xué)程序NAIMD-DICP、基態(tài)動(dòng)力學(xué)模擬程序DFTB＋以及Origin繪圖軟件和Fortran編程軟件。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

3.1 實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)

（1）實(shí)驗(yàn)開始之前，教師將Molpro使用手冊(cè)、Origin繪圖軟件、Fortran編程軟件、Chemcraft及CYLview可視化軟件以及NAIMD-DICP和DFTB＋動(dòng)力學(xué)模擬程序的使用說明資料發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，了解量化計(jì)算軟件Molpro中CASSCF計(jì)算方法以及動(dòng)力學(xué)程序的理論基礎(chǔ)。掌握輸入文件的構(gòu)建方法，CASSCF計(jì)算中活化空間的選擇方法、線性插值法LIIC的應(yīng)用和動(dòng)力學(xué)模擬程序的計(jì)算流程、可視化軟件的使用、后期的數(shù)據(jù)處理如何利用Fortran自主編程以及繪圖程序Origin的使用。

（2）自主查閱文獻(xiàn)了解分子在激發(fā)態(tài)的幾種退激發(fā)過程，根據(jù)雅布隆斯基電子躍遷圖掌握非絕熱躍遷的理論基礎(chǔ)以及錐形交叉點(diǎn)的相關(guān)知識(shí)。

（3）教師提前準(zhǔn)備關(guān)于綠色熒光蛋白的激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)理論研究的相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生提前閱讀，在此基礎(chǔ)上學(xué)生自主查閱相關(guān)文獻(xiàn)，找出研究空白，并了解文獻(xiàn)中的理論分析方法。

（4）學(xué)生根據(jù)閱讀自主查詢的文獻(xiàn)嘗試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

3.2 實(shí)驗(yàn)操作

3.2.1 模型構(gòu)建

在進(jìn)行模擬計(jì)算之前，構(gòu)建合適的計(jì)算模型至關(guān)重要。從維多利亞多管水母細(xì)胞中分離出來的野生型綠色熒光蛋白分子是由238個(gè)氨基酸殘基組成，其晶體結(jié)構(gòu)是11個(gè)β-折疊組成的桶狀結(jié)構(gòu)，在桶中央有一個(gè)α-螺旋，發(fā)色團(tuán)分子就在α-螺旋上，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

考慮到綠色熒光蛋白的強(qiáng)熒光就來自于α-螺旋上的發(fā)色團(tuán)分子，在野生綠色熒光蛋白中它是以陰離子的形式存在，因此在綜合考慮實(shí)際模型、計(jì)算效率、計(jì)算精度等因素后，選擇了一種廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)對(duì)羥基芐基咪唑啉酮陰離子（HBI-）作為計(jì)算模型（見圖2），該模型是把兩個(gè)甲基取代基用兩個(gè)氫原子取代，這種簡(jiǎn)化可以保證在不改變其性質(zhì)的前提下降低計(jì)算成本。這種方法已經(jīng)被很多理論計(jì)算文章使用過［13，17］。HBI-是順式結(jié)構(gòu)，標(biāo)記為cis-1。由于重點(diǎn)在于研究發(fā)色團(tuán)分子到底是單鍵還是雙鍵扭轉(zhuǎn)，為了區(qū)分，利用如圖2所示的二面角進(jìn)行標(biāo)記，單鍵扭轉(zhuǎn)為φ，雙鍵扭轉(zhuǎn)為τ。根據(jù)組合，一共可以有4種異構(gòu)體，如圖3所示。

圖1 綠色熒光蛋白GFP的四級(jí)結(jié)構(gòu)圖

圖2 綠色熒光蛋白發(fā)色團(tuán)分子的計(jì)算模型

圖3 綠色熒光蛋白發(fā)色團(tuán)分子的4種異構(gòu)體

3.2.2 計(jì)算方法

實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)更高能級(jí)的電子激發(fā)態(tài)對(duì)發(fā)色團(tuán)分子的退激發(fā)行為影響甚微，因此在計(jì)算過程中只考慮了基態(tài)（S0）和第一電子激發(fā)態(tài)（S1）［18-19］。所有的電子結(jié)構(gòu)計(jì)算都采用Molpro軟件中的CASSCF方法。CASSCF計(jì)算中有兩個(gè)具有相同比重的電子態(tài)參與態(tài)平均。值得一提的是，CASSCF的計(jì)算方法依賴于活化空間的選擇，因此選擇合適的活化空間至關(guān)重要。一般情況下，選擇的活化空間越大，計(jì)算結(jié)果越準(zhǔn)確，但是計(jì)算耗時(shí)也越長(zhǎng)。所以在進(jìn)行靜態(tài)電子結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，優(yōu)先選擇大的活化空間和基組以保障計(jì)算的準(zhǔn)確度。但是對(duì)于動(dòng)態(tài)的動(dòng)力學(xué)模擬過程，選擇大的活化空間和基組會(huì)消耗大量的計(jì)算機(jī)時(shí)，因此還需要在保證計(jì)算精度的前提下，選擇計(jì)算耗時(shí)更短的小活化空間。為此，對(duì)比了不同活化空間（14e，12o）、（10e，8o）以及（6e，5o）和不同基組下（6-31G*和6-31G）優(yōu)化的穩(wěn)定構(gòu)型和錐形交叉點(diǎn)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如表1、2所示。通過數(shù)據(jù)可見，（6e，5o）的活化空間搭配6-31G的基組優(yōu)化得到的構(gòu)型參數(shù)與大活化空間（14e，12o）和6-31G*基組得到的相差不大。另外，由于分子的激發(fā)態(tài)行為取決于該分子激發(fā)態(tài)和基態(tài)勢(shì)能面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為了進(jìn)一步確認(rèn)（6e，5o）／6-31G計(jì)算的準(zhǔn)確性，利用線性插值法LIIC得到了Franck-Condon點(diǎn)與錐形交叉點(diǎn)間的勢(shì)能曲線，如圖4所示。二者的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一致，說明用（6e，5o）／6-31G進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模擬得到的結(jié)果是可信的。

表1 在不同的計(jì)算水平下優(yōu)化得到的HBI-分子在不同電子態(tài)的重要結(jié)構(gòu)參數(shù)（鍵長(zhǎng)單位為10-1pm，鍵角和二面角的單位為（°））

表2 在CASSCF（6e，5o）／6-31G，CASSCF（10e，8o）／6-31G*和CASSCF（14e，12o）／6-31G*計(jì)算水平下優(yōu)化得到的4 個(gè)錐形交叉點(diǎn)的主要構(gòu)型參數(shù)（鍵長(zhǎng)單位為10-1pm，鍵角和二面角的單位為（°））

圖4 在不同計(jì)算水平下利用線性插值法得到的基態(tài)和激發(fā)態(tài)的勢(shì)能曲線

非絕熱動(dòng)力學(xué)部分采用的是自主開發(fā)的基于Zhu等［20］電子躍遷理論的動(dòng)力學(xué)程序，具體的計(jì)算細(xì)節(jié)需要學(xué)生在實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)階段掌握。軌線的核運(yùn)動(dòng)方程采用Velocity-Verlet［21］算法進(jìn)行數(shù)值積分，步長(zhǎng)設(shè)為0.5 fs。由于在錐形交叉點(diǎn)處構(gòu)型變化信息更加重要，因此將步長(zhǎng)減少至0.1 fs。每一步對(duì)應(yīng)的電子態(tài)能量，梯度以及電子態(tài)耦合系數(shù)都是通過調(diào)用外接的Molpro（http：／／www.molpronet）程序包進(jìn)行。在運(yùn)行動(dòng)力學(xué)模擬之前，需要選取合適的初始坐標(biāo)和速度。初始坐標(biāo)和速度的選擇方法有很多種，如基態(tài)的動(dòng)力學(xué)模擬、玻爾茲曼分布、Winger分布、高斯分布等。先選擇基于DFTB＋的基態(tài)動(dòng)力學(xué)模擬方法，在室溫下計(jì)算500 ps，在分子達(dá)到平衡后，再在動(dòng)力學(xué)結(jié)果中隨機(jī)地選取構(gòu)型和速度作為初始條件。計(jì)算的軌線數(shù)量由學(xué)生自主決定，一般數(shù)量越多，統(tǒng)計(jì)意義越明顯。但一般認(rèn)為計(jì)算結(jié)果達(dá)到收斂即可，經(jīng)過計(jì)算30條軌線可滿足要求。

4 結(jié)果與討論

4.1 靜態(tài)電子結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

靜態(tài)的電子結(jié)構(gòu)計(jì)算，采用的是SA2-CASSCF（14e，12o）方法來優(yōu)化基態(tài)、第一激發(fā)態(tài)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)以及兩個(gè)電子態(tài)之間的錐形交叉點(diǎn)。相應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)已分別在表1、2中展示，錐形交叉點(diǎn)的構(gòu)型如圖5所示。如上所述，錐形交叉點(diǎn)作為分子從激發(fā)態(tài)到基態(tài)的反應(yīng)通道，那么優(yōu)化的這4個(gè)錐形交叉點(diǎn)是否全部參與到退激發(fā)過程中呢？為此，還需要接下來的動(dòng)力學(xué)模擬來確定上述錐形交叉點(diǎn)的作用。

圖5 在SA2-CASSCF（14e，12o）／6-31G*水平下優(yōu)化得到的4個(gè)錐形交叉點(diǎn)

4.2 動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果分析

對(duì)31條軌線進(jìn)行分析，每條軌線以目標(biāo)分子的弛豫過程從Franck-Condon點(diǎn)開始，最終生成穩(wěn)定的基態(tài)產(chǎn)物為準(zhǔn)。首先，統(tǒng)計(jì)了HBI-分子每條軌線的躍遷時(shí)間，并根據(jù)此畫出基態(tài)和激發(fā)態(tài)隨時(shí)間的布居數(shù)，如圖6所示。這些分子的退激發(fā)時(shí)間從0.3 ps持續(xù)到1.4 ps，且主要集中在0.7～1.1 ps之間。平均躍遷時(shí)間為807.3 fs，這與實(shí)驗(yàn)上得到的激發(fā)態(tài)壽命吻合［22］，再一次證明了所用模擬方法是可靠的。

圖6 基態(tài)和激發(fā)態(tài)隨時(shí)間的布居曲線圖

圖7中總結(jié)了各條軌線的躍遷點(diǎn)與錐形交叉點(diǎn)之間的關(guān)系，可見，所有的躍遷點(diǎn)都圍繞在4個(gè)錐形交叉點(diǎn)周圍，說明這4個(gè)錐形交叉點(diǎn)都參與了發(fā)色團(tuán)分子的退激發(fā)過程。值得一提的是，雖然這些躍遷點(diǎn)都圍繞在錐形交叉點(diǎn)附近，但是仍然有一定的分布范圍，表明分子在退激發(fā)時(shí)只要在錐形交叉區(qū)域內(nèi)滿足躍遷條件都可以發(fā)生躍遷。另外，所有的軌線最后只產(chǎn)生成了順式的產(chǎn)物，并沒有發(fā)現(xiàn)反式產(chǎn)物。也就是說由cis-trans對(duì)應(yīng)的雙鍵扭轉(zhuǎn)在整個(gè)躍遷過程中并不存在，只有單鍵扭轉(zhuǎn)產(chǎn)物產(chǎn)生。從優(yōu)化得到的錐形交叉點(diǎn)可以看出，這4個(gè)錐形交叉點(diǎn)既包含單鍵扭轉(zhuǎn)的過程，也包含雙鍵的扭轉(zhuǎn)。那么，為什么最終沒有生成因雙鍵扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的trans產(chǎn)物呢？為了解決這個(gè)問題，又掃描了分子在基態(tài)和激發(fā)態(tài)隨CCCN和CCCC變化的二維勢(shì)能面，如圖8所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，分子在被躍遷至激發(fā)態(tài)后，可以有兩條路線退激發(fā)至基態(tài)，如圖8中左箭頭所示。到達(dá)基態(tài)后分子恰好落到勢(shì)能面的“山脊”上，在弛豫過程中可無勢(shì)壘的產(chǎn)生cis-1和cis-2。但是在生成trans產(chǎn)物的路徑上存在勢(shì)壘，因此阻止了trans產(chǎn)物的生成。

4.3 退激發(fā)機(jī)理總結(jié)

綜上所述，總結(jié)了綠色熒光蛋白發(fā)色團(tuán)的退激發(fā)機(jī)理。當(dāng)分子被垂直激發(fā)到第1激發(fā)態(tài)后，會(huì)通過單雙鍵協(xié)同扭轉(zhuǎn)的形式（hula扭轉(zhuǎn)）到達(dá)錐形交叉點(diǎn)附近，這可以解釋實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的發(fā)色團(tuán)分子的激發(fā)態(tài)壽命與溶液黏度無關(guān)的現(xiàn)象。當(dāng)分子通過錐形交叉點(diǎn)退激發(fā)至基態(tài)后，單鍵繼續(xù)扭轉(zhuǎn)生成新的順式結(jié)構(gòu)（cis-2）或反向扭轉(zhuǎn)生成之前的反應(yīng)物（cis-1）。但是此時(shí)的雙鍵只會(huì)發(fā)生反向扭轉(zhuǎn)，因此不會(huì)生成反式（trans）結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物，這與實(shí)驗(yàn)中只發(fā)現(xiàn)順式產(chǎn)物的結(jié)果一致。

圖7 以CCCC（縱坐標(biāo)）和CCCN（橫坐標(biāo)）為變量做S1到S0躍遷點(diǎn)以及最終產(chǎn)物的散點(diǎn)圖

圖8 以CCCC和CCCN二面角為變量掃描得到的S1和S0態(tài)的勢(shì)能面［23］。上面的星標(biāo)分別表示激發(fā)態(tài)和基態(tài)的最穩(wěn)定構(gòu)型，箭頭表示退激發(fā)反應(yīng)進(jìn)行的方向

4.4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容拓展

本實(shí)驗(yàn)屬于研究型實(shí)驗(yàn)，以野生綠色熒光蛋白的發(fā)色團(tuán)分子為計(jì)算模型，采用高精度的量化計(jì)算手段以及非絕熱動(dòng)力學(xué)模擬的方法進(jìn)行模擬計(jì)算，綜合模擬結(jié)果進(jìn)行理論分析揭示了綠色熒光蛋白發(fā)色團(tuán)分子在獨(dú)立于熒光蛋白之后發(fā)生熒光淬滅的內(nèi)在機(jī)理。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下完成了整個(gè)模擬過程，從科研選題、量子化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)、計(jì)算模型的建立以及后期的數(shù)據(jù)分析等基本方法，激勵(lì)學(xué)生由機(jī)械式學(xué)習(xí)到自主探究型學(xué)習(xí)，培養(yǎng)他們交叉學(xué)科知識(shí)的綜合運(yùn)用能力?？紤]到課時(shí)量和不同學(xué)生的接受程度，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了充實(shí)與拓展，如圖9所示。

首先是研究?jī)?nèi)容的拓展，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)實(shí)需求的增加，不同顏色的熒光蛋白已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)或通過基因克隆與變異技術(shù)發(fā)展出來。但是，與綠色熒光蛋白不同，不同顏色的熒光蛋白具有不同的激發(fā)態(tài)行為。因此，在本工作的基礎(chǔ)上可以拓展以下的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

圖9 試驗(yàn)拓展內(nèi)容

（1）研究藍(lán)色熒光蛋白的發(fā)色團(tuán)在激發(fā)態(tài)的動(dòng)力學(xué)行為，并與綠色熒光蛋白進(jìn)行對(duì)比，分析不同的分子結(jié)構(gòu)對(duì)激發(fā)態(tài)行為的影響。

（2）黃色熒光蛋白的激發(fā)態(tài)行為更加復(fù)雜，與藍(lán)色、綠色熒光蛋白只有第1激發(fā)態(tài)參與不同，黃色熒光蛋白的激發(fā)態(tài)行為S2態(tài)也有參與，且它的熒光量子產(chǎn)率與激發(fā)波長(zhǎng)有關(guān)，因此在計(jì)算時(shí)需要考慮3個(gè)電子態(tài)之間的耦合與躍遷，鼓勵(lì)有能力的學(xué)生對(duì)現(xiàn)有的動(dòng)力學(xué)模擬程序進(jìn)行改善，使其能夠處理3個(gè)電子態(tài)的躍遷行為。

其次是研究?jī)?nèi)容的深化，目前研究的綠色熒光蛋白分子是在氣相環(huán)境中，沒有考慮液相環(huán)境的影響。因此，在本工作的基礎(chǔ)上，還可以考慮溶劑化效應(yīng)，探索在不同溶液環(huán)境中綠色熒光蛋白發(fā)色團(tuán)分子的激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)行為，分析分子間氫鍵對(duì)其動(dòng)力學(xué)行為的影響機(jī)制。拓展的內(nèi)容工作量較大，教師可根據(jù)教學(xué)時(shí)長(zhǎng)靈活地選取部分內(nèi)容進(jìn)行課堂教學(xué)，也可以作為有興趣學(xué)生的創(chuàng)新研究?jī)?nèi)容。

4.5 撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)課后，學(xué)生需要對(duì)計(jì)算模擬過程進(jìn)行概括總結(jié)，分析靜態(tài)的電子結(jié)構(gòu)計(jì)算與動(dòng)力學(xué)模擬的結(jié)果，并按照科研論文的格式撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，分析總結(jié)計(jì)算過程中所遇到的問題及處理方式。對(duì)于進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容擴(kuò)展的學(xué)生研究報(bào)告，將由教師協(xié)助修改并向雜志社進(jìn)行投稿。

5 結(jié) 語

本設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)通過高精度的電子結(jié)構(gòu)計(jì)算和非絕熱動(dòng)力學(xué)模擬的手段，研究了綠色熒光蛋白發(fā)色團(tuán)分子在被獨(dú)立于熒光蛋白后發(fā)生熒光淬滅的內(nèi)在機(jī)理。與之前的理論報(bào)道不同，提出了綠色熒光蛋白發(fā)色團(tuán)分子在退激發(fā)時(shí)是以單鍵扭轉(zhuǎn)為主，雙鍵扭轉(zhuǎn)為輔的退激發(fā)機(jī)理。

該設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)包含的理論知識(shí)復(fù)雜，涉及到數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、計(jì)算機(jī)編程等多個(gè)學(xué)科的交叉運(yùn)用，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力，知識(shí)綜合運(yùn)用能力以及獨(dú)立思考解決問題的能力。到目前為止，已經(jīng)取得了很好的成績(jī)，有6位本科生通過查閱文獻(xiàn)，自己擬定題目并獲批校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，有4位已在雜志上公開發(fā)表科研論文。對(duì)于想繼續(xù)讀研究生的學(xué)生，可大大縮短他們?nèi)谌肟蒲袌F(tuán)隊(duì)的周期。