Ca2+、K+和Na+在跨膜环肽纳米管中传输行为的MD研究

摘要

本文采用分子动力学（MD）模拟研究了Ca2+、K+和Na+在跨膜环八、环十肽纳米管水通道中的传输行为，探讨了肽管管径、离子电荷、半径及溶剂化能力等对离子传输行为的影响。PMF曲线显示Ca2+很难自发进入并存在于两种肽管内，而K+和Na+则易被“囚禁”于管内，Na+在管内势肼更深，在管内“囚禁”时间更长。管径的增加能有效降低三种离子在管内传输的能垒。离子与水分子之间的静电相互作用能是离子与周围环境间作用能的主要项，这种相互作用改变了管内的水链结构，尤其是在环八肽纳米管内，导致了在管两端的gap内出现水链氢键“D-Defects”。经统计，K+—环八肽管体系中“D-Defects”出现最多。此外，离子的存在显著地降低了水分子在管内的轴向扩散。三种离子在两种肽管内均倾向于靠近管轴运动。在环八肽纳米管内，Ca2+与管壁之间的水桥数目最多，K+与管壁之间直接配位的羰基氧数目最多。而在环十肽纳米管内，由于离管壁较远，三种离子都主要通过水桥与管壁作用。离子在管内的轴向扩散与离子的位置紧密相关，且在管内可以发生快速漂移，尤其是在管径较小的环八肽纳米管内。三种离子发生快速漂移的位置不尽相同。随着管径的增大，离子运动也明显加快，尤其是K+，在较短的时间内，便可以穿越整个环肽纳米管。Ca2+和Na+在两种管径环肽纳米管内，第一溶剂层基本上都可以达到饱和；而半径相对较大的K+在环八肽纳米管内，很难达到饱和。随着肽管管径的增加，离子第一溶剂层内的水分子与外部水分子交换频率加快；总体而言，两种肽管内，Ca2+第一溶剂层都是最稳定的，而K+第一溶剂层则是最活泼的。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2课题提出及主要研究内容和目标

参考文献

第二章 分子模拟理论和相关方法

2.1分子动力学模拟简介

2.2分子动力学模拟基本原理

2.3分子力场简介

2.4分子动力学模拟常用系综

2.5分子动力学模拟常用软件简介

2.6 分子动力学模拟常用表征性质计算简介

参考文献

第三章 MD模拟钙、钾、钠离子在跨膜环肽纳米中的传输行为

3.1引言

3.2体系构建以及相关模拟方法

3.3 结果与讨论

3.4 小结

参考文献

第四章 Ca2+、K+和Na+在跨膜环肽纳米管中的水合作用及其对管内水链的影响

4.1引言

4.2体系构建以及相关模拟方法

4.3结果与讨论

4.4小结

参考文献

全文结论

攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文

致谢