形變引起的生物膜微觀結(jié)構(gòu)變化的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究.pdf

1、生物膜是細(xì)胞及各種細(xì)胞器表層的膜，它將膜的內(nèi)部組織和外界環(huán)境分隔開，并保護(hù)細(xì)胞免受外界的干擾。它可以選擇性的讓生物體所需的各種物質(zhì)（比如離子和葡萄糖）通過生物膜，從而維持生物的新陳代謝。生物膜的主要結(jié)構(gòu)是磷脂雙分子層，它主要由飽和脂分子，不飽和脂分子和膽固醇構(gòu)成。最近的研究表明，由這三種組分構(gòu)成的膜，在一定的溫度條件下會(huì)發(fā)生液體有序相和液體無序相兩相分離的現(xiàn)象。而膜處于此種兩相共存的狀態(tài)時(shí)，兩種相的位置分布會(huì)受到外界條件的影響。膜的形變

2、會(huì)影響膜的相分離行為。當(dāng)形變?cè)谀ど袭a(chǎn)生一個(gè)高度彎曲的區(qū)域時(shí)，由于組成膜的磷脂分子的性質(zhì)不同，它們會(huì)對(duì)形變產(chǎn)生不同的反應(yīng)，由彎曲剛度較小的脂分子組成的液體無序相會(huì)積聚到彎曲的地方，而由彎曲剛度高的脂分子構(gòu)成的液體有序相會(huì)到較平直的地方，從能量角度看，脂分子的這種側(cè)向組織行為可以降低膜的彎曲能。此外，膜的彎曲也會(huì)影響膜上的蛋白質(zhì)分布，在重新分布的過程中蛋白質(zhì)會(huì)移動(dòng)到新位置。因?yàn)榈鞍踪|(zhì)是插入脂分子中或者黏著在由脂分子構(gòu)成的膜的表面上的，所以蛋

3、白質(zhì)的移動(dòng)與脂分子有關(guān)。
　　本文主要研究在模型膜中膜的彎曲對(duì)脂分子和蛋白質(zhì)分布的影響。由于生物膜具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)并且具有高度的動(dòng)態(tài)性，所以用實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)其直接研究具有一定的困難。分子動(dòng)力學(xué)模擬是研究此類問題的有效方法之一。在此研究中，首先制作了彎曲的生物膜，之后研究膜的彎曲對(duì)磷脂分子和蛋白質(zhì)分布的影響。本論文的具體研究?jī)?nèi)容為:第一，用模擬的方法驗(yàn)證已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)中觀察到的DPPC/DLiPC/膽固醇三組分彎曲膜的脂分子的側(cè)向組織行為;

4、第二，研究在一定條件下不相分離的平面膜，查看膜的彎曲是否會(huì)促進(jìn)其相分離;第三，在彎曲的膜上放入不同種類的膜蛋白，研究膜蛋白的側(cè)向組織行為;第四，蛋白質(zhì)和脂分子的相互作用應(yīng)該會(huì)反過來影響膜的形狀，所以又研究了彎曲膜的曲率變化。通過模擬研究主要得到了以下結(jié)果:第一，用模擬的方法研究三組分彎曲膜的相分離行為，發(fā)現(xiàn)其結(jié)果和已有的實(shí)驗(yàn)一致;第二，本文研究所用的不相分離的三組分平面膜在彎曲的情況下也不會(huì)相分離;第三，膜的彎曲會(huì)影響蛋白質(zhì)的分布。在這

5、個(gè)研究中所用的蛋白質(zhì)外形是近似于圓柱形的，所以其側(cè)向組織行為和圓錐形或楔形的蛋白質(zhì)有區(qū)別。在模擬中發(fā)現(xiàn)，由于膜上各不同部位的脂分子密度不同，這些圓柱形的蛋白質(zhì)會(huì)自發(fā)的積聚到膜上較低密度的彎曲部位，并且膜蛋白到達(dá)彎曲部位后其外形會(huì)隨之改變，這種變化使得它們能穩(wěn)定的保持在彎曲的部位。而在研究中用到的另一種蛋白質(zhì)，由于其外形基本保持不變，所以比之前的蛋白質(zhì)保持處于彎曲部位的穩(wěn)定性要差;第四，通過對(duì)比含有蛋白質(zhì)的膜和不含蛋白質(zhì)的膜的彎曲部位曲率