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研究领域

1. 天然无序蛋白质

天然无序蛋白质是近年来发现的一类特殊的蛋白质，它们在生物体内广泛存在，虽然没有特定的三维结构，但却具有正常的生物学功能，参与了细胞中很多重要的生理与病理过程。对天然无序蛋白质的研究，不但有助于揭示蛋白质结构和功能关系的本质，而且可以对很多疾病的治疗提供新的思路。我们利用理论分析与计算机模拟的手段研究天然无序蛋白质在分子结合与诱导折叠等过程中的特点与优势、揭示其微观分子机制，以期为相关的实验研究及应用提供观念上的借鉴与参考。

  1. Zhirong Liu* and Yongqi Huang. Advantages of proteins being disordered. Protein. Sci. 23 (5), 539-550 (2014). （特邀综述）
  2. Fan Jin, Chen Yu, Luhua Lai*, and Zhirong Liu*. Ligand clouds around protein clouds: a scenario of ligand binding with intrinsically disordered proteins. PLoS Comput. Biol. 9 (10), e1003249/1-11 (2013). （封面文章）
  3. Yongqi Huang and Zhirong Liu*. Kinetic advantage of intrinsically disordered proteins in coupled folding-binding process: a critical assessment of the "fly-casting" mechanism. J. Mol. Biol. 393 (5), 1143-1159 (2009). [422 (1), 156 (2012).]

2. DNA解纠缠机制

在热平衡下有些DNA分子会形成纠缠状态（打结、链环、超螺旋），这会影响细胞的正常功能。而有一种酶，拓扑异构酶，可以把这些纠缠给解开。拓扑异构酶不但对于维持生物的正常功能是必不可少的（人体至少需要六种DNA拓扑异构酶），而且也可以作为抗菌与抗癌药物的靶标。由于拓扑异构酶的尺寸远小于DNA分子，它们是怎样感知DNA分子的整体拓扑状态就成为一个谜。我们利用分子模拟与热力学统计的方法研究II型DNA拓扑异构酶的解纠缠机制。

  1. Zhirong Liu, Lynn Zechiedrich, and Hue Sun Chan. Action at hooked or twisted–hooked DNA juxtapositions rationalizes unlinking preference of type-2 topoisomerases. J. Mol. Biol. 400 (5), 963-982 (2010).
  2. Zhirong Liu, Lynn Zechiedrich, and Hue Sun Chan. Local site preference rationalizes disentangling by DNA topoisomerases. Phys. Rev. E. 81 (3), 031902/1-4 (2010).
  3. Zhirong Liu, Richard W. Deibler, Hue Sun Chan, and Lynn Zechiedrich. The why and how of DNA unlinking.Nucleic Acids Res. 37 (3), 661-671 (2009).（封面文章）

3. 石墨烯的电子结构与输运

石墨烯（graphene）是由碳原子组成的单层石墨片，它不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬，传导特性也很好。石墨烯的电子性质受各种内外部条件的影响，通过对石墨烯施加应力或进行剪纸式的剪裁与修饰，有望对石墨烯电子性质实现有效的调控，甚至在单片石墨烯内进行器件的设计。我们利用第一原理计算的手段研究石墨烯在各种应变与剪裁条件下的电子结构与输运性质。

  1. Zhirong Liu*, Jinying Wang and Jianlong Li. Dirac cones in two-dimensional systems: from hexagonal to square lattices. Phys. Chem. Chem. Phys. 15 (43), 18855-18862 (2013).
  2. Jinying Wang, Ruiqi Zhao, Mingmei Yang, Zhongfan Liu*, and Zhirong Liu*. Inverse relationship between carrier mobility and band gap in graphene. J. Chem. Phys. 138 (8), 084701/1-5 (2013). （封面文章）
  3. Yang Li, Xiaowei Jiang, Zhongfan Liu, and Zhirong Liu*. Strain effects in graphene and graphene nanoribbons: the underlying mechanism. Nano Res. 3 (8), 545-556 (2010).

4. 动力学模拟中的加速算法研究

对于动力学体系的热平衡性质，目前已经有很多加速算法可以有效地进行计算，比如histogram technique, bias potential, Temperature Replica，等等。但是对于体系的动力学性质，如动力学路径及反应速率等，已有的加速算法很少，得到大家广泛承认的更是乏陈可善。我们有兴趣在这方面展开研究，探讨动力学加速算法的理论基础以及实现的可能方案。