生物膜界面水的研究.pdf

1、生物膜界面水的性質(zhì)對于生物膜的功能實現(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、藥物分子的輸運以及與細胞膜間的融合相聯(lián)系的水合力等，都強烈地依賴其周圍水溶液的性質(zhì)。反過來，生物膜的存在會對膜界面水分子的組織形式和動態(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。隨著計算機技術(shù)和分子動力學(xué)模擬技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)發(fā)展了一系列的力場對磷脂雙層膜進行計算機模擬，

2、生物膜的分子動力學(xué)模擬促進了人們對生物膜的結(jié)構(gòu)和功能特性的理解。但是目前提出的力場很少考慮膜與水分子的作用，所以這些力場對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力學(xué)模擬方法研究了不同力場下磷脂雙層膜界面水分子行為的差異，然后利用我們認為更適合描述膜與界面水分子性質(zhì)的力場，去研究存在不同陽離子的情況下陽離子對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力學(xué)有關(guān)的重要基礎(chǔ)理論知識和我們所使用的分子動力學(xué)模擬軟件。
　　第三章是對我們第一個研究成果的介紹，本章采用不同力場研究了磷脂雙層膜界面水分子的性質(zhì)，主要用分子動力學(xué)方法對DPPC分子的親水端的8個氧原子形成的氫鍵能量進行了統(tǒng)計分析。分子動力學(xué)模擬結(jié)果表明:所用的力場都能很好描述磷脂雙層膜的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，與實驗結(jié)果一致，然而在不同的力場下，磷脂雙層膜界面處的水

4、分子行為存在很大的差異。我們有以下幾個發(fā)現(xiàn):對于聯(lián)合原子力場，在同一基團中雙鍵氧的氫鍵能量要高于單鍵氧的氫鍵能量，對于全原子力場下只有磷酸基團的氧原子有類似結(jié)果，至于C=O1和C=O2基團，雙鍵氧的氫鍵能量要低于單鍵氧的氫鍵能量，因為氫、氧之間作用出現(xiàn)了排斥力;相比C=O2、C=O1這兩個基團，磷酸鹽基團氧原子的氫鍵能量概率分布更廣;在各種力場下，磷酸基團中O33和O34的氫鍵能量分布基本重合，展示了DPPC分子中磷酸基團上O33、O3

5、4氧原子結(jié)構(gòu)的對稱性;各個基團的氫鍵總能量概率分布曲線一般有多個峰，而且峰的個數(shù)與基團的氫鍵數(shù)量存在對應(yīng)關(guān)系;通過分析不同力場下DPPC分子的各基團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力場的模擬結(jié)果更接近實驗結(jié)果。我們的結(jié)果有助于更細致的理解磷脂雙層膜界面水的行為，同時為在相關(guān)生物膜的分子模擬中選擇合適力場提供參考。
　　第四章是對我們第二個研究成果的介紹，本章利用分子動力學(xué)方法研究了不同陽離子對

6、磷脂雙層膜的不同基團附近水分子的平均偶極取向的影響，我們發(fā)現(xiàn)陽離子對膽堿基團附近水分子的徑向分布無明顯的影響，對磷酸基團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離子進入膜內(nèi)部并在磷酸基團附近聚集的緣故;由于進入膜內(nèi)的陽離子對水分子的氧原子有吸引作用，陽離子的存在會使膜界面局域結(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;不同陽離子對膜界面附近水分子的偶極取向和水分子的駐留時間以及磷脂分子的平均面積的影響大小與陽離子的霍