研究人员检查了在拉伸应力下二硫键分裂的复杂性增加

将长分子连接在一起的两个硫原子之间的键在橡胶和蛋白质中是必不可少的。从二硫键键上从外部拉出时会产生意外的复杂过程。

根据化学的角度，在拉伸应力下二硫键的分裂被认为是一个比早期理解的更为复杂的过程。由Dominik Marx教授领导的团队来自Ruhr-UniversitätBochum在此过程中，在Jülich超级计算机“ Juqueen”上进行了广泛的计算机模拟，检查了此过程中的详细情况。有关这些结果的报告已发表在《自然化学》杂志上。

负责分裂键的反应机制根据施加在两个硫原子之间存在的键上的拉力强度。

这是以前未知的，它特别使对实验数据的正确解释要复杂得多。

多米尼克·马克思博士，教授鲁尔 -大学

压力下的二硫键

例如，二硫键发生在蛋白质中。这些键使它们处于特定的结构布置中，并用作生物过程的开关。如果将它们置于碱性水溶液中，然后加热，则以下化学反应开始：氢氧化离子（OH-）攻击二硫键键，与其中一个硫原子建立新的键，然后分裂键。科学家将这种机制称为水中的碱性水解。

Bochum的研究人员分析了硫键也经历拉伸应力时发生的情况。该团队在水溶液中对相应的分子进行了计算机模拟，并实际上在键的两端拉动。

这种机械化学过程实际上是针对细胞中的小力量发生的，或者用于回收旧橡胶。

多米尼克·马克思博士，教授鲁尔 -大学bochum

水决定性的作用

在模拟这些过程时，正确考虑周围水的作用很重要。水分子的涂层围绕着侵袭二硫键的氢氧化离子。这种涂层在攻击过程中以复杂的方式进行修改。

通常，理论家使用简化周围水的影响来减少所需的计算工作的方法。当用机械计算水计算水时，可以实际刺激这些过程，与所有其他分子相同。直到那时，模拟才能在水溶液中提供反应的正确能流。

巨大的计算工作

广泛的计算机模拟称为AB-Initio分子动态模拟被认为是成功的关键。“他们确实需要巨大的计算工作，”马克思解释。

它由欧洲最快的计算机之一的IBM Blue Gene/Q计算机“ Juqueen”在Jülich研究中心的JülichSuperCmuting Center上管理。高斯超级计算中心的关键项目有助于实现计算。

残酷的物理学胜利于微妙的化学

尽管复杂的化学过程随着拉伸应力的增加而发生，但在最大力量上发生了很简单的事情。

多米尼克·马克思博士，教授鲁尔 -大学bochum

牢固的拉力（例如，两种纳米wt子的力）施加在键上，可防止发生硫硫键的碱性水解。取而代之的是，邻近的碳原子与硫原子之一之间存在的键只是断裂。或者，正如马克思在某种程度上总结的那样：“”当原始力量规则时，残酷的物理学会击败微妙的化学反应。”