生物膜界面水的研究.pdf

1、生物膜界面水的性質(zhì)對(duì)于生物膜的功能實(shí)現(xiàn)有其重要作用，磷脂膜的雙分子層結(jié)構(gòu)的自組裝、水分子的滲透作用、藥物分子的輸運(yùn)以及與細(xì)胞膜間的融合相聯(lián)系的水合力等，都強(qiáng)烈地依賴(lài)其周?chē)芤旱男再|(zhì)。反過(guò)來(lái)，生物膜的存在會(huì)對(duì)膜界面水分子的組織形式和動(dòng)態(tài)性質(zhì)有著重要的影響，所以深入地理解生物膜界面水與磷脂膜的相互作用有助于我們更好地理解生物膜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和分子動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)發(fā)展了一系列的力場(chǎng)對(duì)磷脂雙層膜進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，

2、生物膜的分子動(dòng)力學(xué)模擬促進(jìn)了人們對(duì)生物膜的結(jié)構(gòu)和功能特性的理解。但是目前提出的力場(chǎng)很少考慮膜與水分子的作用，所以這些力場(chǎng)對(duì)膜界面水分子的性質(zhì)描述是否合理值得去探究。本文首先采用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法研究了不同力場(chǎng)下磷脂雙層膜界面水分子行為的差異，然后利用我們認(rèn)為更適合描述膜與界面水分子性質(zhì)的力場(chǎng)，去研究存在不同陽(yáng)離子的情況下陽(yáng)離子對(duì)磷脂雙層膜界面水分子的偶極取向的影響，本文內(nèi)容安排如下:
　　第一章主要是介紹生物膜的基礎(chǔ)知識(shí)和生物膜界

3、面水分子的相關(guān)研究背景及研究成果。
　　第二章主要是介紹一些與分子動(dòng)力學(xué)有關(guān)的重要基礎(chǔ)理論知識(shí)和我們所使用的分子動(dòng)力學(xué)模擬軟件。
　　第三章是對(duì)我們第一個(gè)研究成果的介紹，本章采用不同力場(chǎng)研究了磷脂雙層膜界面水分子的性質(zhì)，主要用分子動(dòng)力學(xué)方法對(duì)DPPC分子的親水端的8個(gè)氧原子形成的氫鍵能量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果表明:所用的力場(chǎng)都能很好描述磷脂雙層膜的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，然而在不同的力場(chǎng)下，磷脂雙層膜界面處的水

4、分子行為存在很大的差異。我們有以下幾個(gè)發(fā)現(xiàn):對(duì)于聯(lián)合原子力場(chǎng)，在同一基團(tuán)中雙鍵氧的氫鍵能量要高于單鍵氧的氫鍵能量，對(duì)于全原子力場(chǎng)下只有磷酸基團(tuán)的氧原子有類(lèi)似結(jié)果，至于C=O1和C=O2基團(tuán)，雙鍵氧的氫鍵能量要低于單鍵氧的氫鍵能量，因?yàn)闅洹⒀踔g作用出現(xiàn)了排斥力;相比C=O2、C=O1這兩個(gè)基團(tuán)，磷酸鹽基團(tuán)氧原子的氫鍵能量概率分布更廣;在各種力場(chǎng)下，磷酸基團(tuán)中O33和O34的氫鍵能量分布基本重合，展示了DPPC分子中磷酸基團(tuán)上O33、O3

5、4氧原子結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性;各個(gè)基團(tuán)的氫鍵總能量概率分布曲線(xiàn)一般有多個(gè)峰，而且峰的個(gè)數(shù)與基團(tuán)的氫鍵數(shù)量存在對(duì)應(yīng)關(guān)系;通過(guò)分析不同力場(chǎng)下DPPC分子的各基團(tuán)與水分子間的氫鍵能量概率分布和氫鍵數(shù)量，發(fā)現(xiàn)Berger和Slipid力場(chǎng)的模擬結(jié)果更接近實(shí)驗(yàn)結(jié)果。我們的結(jié)果有助于更細(xì)致的理解磷脂雙層膜界面水的行為，同時(shí)為在相關(guān)生物膜的分子模擬中選擇合適力場(chǎng)提供參考。
　　第四章是對(duì)我們第二個(gè)研究成果的介紹，本章利用分子動(dòng)力學(xué)方法研究了不同陽(yáng)離子對(duì)

6、磷脂雙層膜的不同基團(tuán)附近水分子的平均偶極取向的影響，我們發(fā)現(xiàn)陽(yáng)離子對(duì)膽堿基團(tuán)附近水分子的徑向分布無(wú)明顯的影響，對(duì)磷酸基團(tuán)附近水分子的徑向分布有較大影響，產(chǎn)生這種影響的原因是陽(yáng)離子進(jìn)入膜內(nèi)部并在磷酸基團(tuán)附近聚集的緣故;由于進(jìn)入膜內(nèi)的陽(yáng)離子對(duì)水分子的氧原子有吸引作用，陽(yáng)離子的存在會(huì)使膜界面局域結(jié)構(gòu)內(nèi)水分子的平均偶極取向有朝向體相水一側(cè)的趨勢(shì);不同陽(yáng)離子對(duì)膜界面附近水分子的偶極取向和水分子的駐留時(shí)間以及磷脂分子的平均面積的影響大小與陽(yáng)離子的霍