MD模拟研究Na+在环肽纳米管中的传输及其对管内水链结构的影响

摘要

本文采用全原子分子动力学（AA-MD），模拟研究了钠离子在跨膜环八肽纳米管8×(WL)4/POPE中的传输过程。采用ABF方法获得了Na+在管内运动的PMF曲线，计算了Na+与周围环境的非键相互作用能，考察了Na+在纳米管内的存在状态，并进一步分析了Na+的存在对管内水链结构和偶极取向的影响。
　　钠离子穿过纳米管的PMF曲线呈现波状特征，相对于在mid-plane区域，Na+在a-plane区域具有较低的自由能。通过对Na+与周围环境总非键相互作用能以及该离子与管内水分子、纳米管骨架和POPE磷脂分子间的静电相互作用能和范德华相互作用能的计算，发现Na+与管内水分子间的静电相互作用能是体系总非键作用能的主要来源。Na+处于纳米管的不同区域时，其周围纳米管骨架上羰基基团偶极角度的分布表明Na+的存在能够改变纳米管管口裸露羰基基团的偶极方向，这与环肽纳米管具有对阳离子的选择性密切相关。
　　由于环肽纳米管管内的空间限制作用，在Na+周围主要存在两个溶剂化水层。Na+位于mid-plane区域时，其周围第一和第二溶剂层中水分子个数分别为4.50和4.09个，对应于a-plane区域，个数分别为2.50和4.00个。在纳米管内远离Na+的区域，水分子中氧原子间的径向分布函数表明在这些区域的水分子以近似1-2-1-2水链结构排布。
　　带电Na+的存在不可避免地会对管内水分子的偶极取向产生影响。研究发现，Na+的存在对管内水分子的偶极具有极强的定向作用。在Na+和管口裸露的带有部分负电荷的羰基氧原子的共同作用下，水链在纳米管两端的gaps1和7处出现了―D-defect‖，这种缺陷的存在能够有效地调节缺陷两侧水分子的偶极方向，有利于降低体系的能量。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2课题提出及研究内容

第二章 理论基础和相关方法

2.1计算机分子模拟简介

2.2分子动力学模拟的基本技术

2.3 NAMD和VMD软件简介

2.4自由能及其计算方法

第三章 MD模拟Na+ 在跨膜环八肽纳米管中的传输

3.1引言

3.2模型的构建和模拟细节

3.3 体系平衡的判定

3.4 结果与讨论

3.5 本章结论

第四章 MD模拟研究Na+的存在对跨膜环八肽纳米管内水链结构的影响

4.1 引言

4.2 模型构建与模拟细节

4.3结果与讨论

4.4 本章结论

全文结论

附录 本文用到的脚本代码

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