脂分子的帶電性及不飽和度對細胞膜的微觀結構和動力學性質的影響.pdf

1、細胞膜是細胞表面主要由膜脂和膜蛋白組成的雙分子層。細胞膜使細胞內(nèi)部組織與外界環(huán)境分隔開，同時也在細胞內(nèi)外能量和物質交換過程中扮演著重要的角色。細胞膜的側向組織（lateral organization）和膜內(nèi)分子的動力學行為在很多細胞的生命活動過程中起著非常重要的作用，因此弄清楚細胞膜的微觀結構和動力學性質對于理解細胞膜的生物功能以及相關的生物過程或疾病的微觀機制具有非常重要的意義。已有研究表明，脂分子在細胞膜中的側向分布是不均勻的，在

2、一定條件下會發(fā)生相分離形成微觀疇結構(domain)。然而，由于細胞膜系統(tǒng)結構和動力學性質的復雜性，無法從實驗上直接觀察和研究真實細胞膜中納米尺寸的微觀疇結構，人們對于細胞膜內(nèi)脂分子（尤其是帶電脂分子）側向相分離和側向動力學行為的微觀機制知之甚少。
　　本文主要采用基于粗粒化MARTINI力場的分子動力學方法，詳細研究了脂分子的帶電性質以及不飽和度對細胞膜微觀結構和動力學性質的影響。我們主要模擬了由帶電或不帶電的飽和脂分子、不飽和

3、脂分子和膽固醇組成的三組分細胞膜模型脂質雙分子層。通過改變脂分子的帶電性質和不飽和度，分析脂分子的面積、擴散系數(shù)和有序度等，從分子層次上系統(tǒng)地揭示了脂分子的帶電性與不飽和度是如何共同影響細胞膜的微觀結構和動力學性質的。我們的研究結果主要包括以下幾部分:
　　(1)當不飽和脂分子的不飽和度較低時，系統(tǒng)中帶電脂分子之間的靜電相互作用會抑制脂雙層發(fā)生相分離行為，特別是當脂雙層中的飽和脂分子帶電，不飽和脂分子不帶電時，脂分子在脂雙層中的分

4、布近似均勻。這種情況下，脂質雙層膜的微觀結構受到帶電脂分子之間的靜電相互作用的影響很大。
　　(2)當不飽和脂分子的不飽和度較高時，不管是電中性的膜還是帶電的膜，都發(fā)生強相分離，分成流體有序疇和流體無序疇。顯然，在這種情況下，脂雙層膜的微觀結構主要由脂分子的不飽和度控制，脂分子的帶電性對脂雙層的相分離行為幾乎沒有影響。
　　(3)通過比較各個脂雙層膜內(nèi)脂分子的側向擴散系數(shù)，我們發(fā)現(xiàn)，帶電脂分子之間的靜電排斥相互作用能夠增加脂