碳納米管作用下淀粉樣蛋白片段的組裝和外場中納米水的組裝.pdf

1、最近的實(shí)驗(yàn)和理論研究表明，碳納米管具有一定的生物特性和仿生特性。比如，碳納米管會影響淀粉樣蛋白質(zhì)聚集的過程；碳納米管可以作為生物通道或核糖體的簡化模型，等等。雖然這方面已有不少的實(shí)驗(yàn)工作，然而，碳納米管與蛋白質(zhì)分子間的相互作用的詳細(xì)情況仍然沒有得到很好的理解。在本論文中，我們采用全原子分子動(dòng)力學(xué)模擬(MD)研究了的老年癡呆癥有關(guān)的淀粉樣蛋白Aβ(Aβ25-35)在碳納米管表面的吸附特性，構(gòu)象變化以及形成p桶結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)過程。在該過程中，

2、我們發(fā)現(xiàn)了碳納米管誘導(dǎo)的自組裝。為了深入理解這種組裝的機(jī)理，我們基于一個(gè)簡單模型和系綜理論研究了剛性大分子組裝的各種可能的驅(qū)使力。另外，生物通道和核糖體中受限的納米水結(jié)構(gòu)也有著重要的生物意義，同時(shí)也得到了廣泛的關(guān)注。本論文中，我們通過大量的計(jì)算機(jī)模擬對外場作用下的碳納米管中受限水的各種相行為進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)受限于納米碳管中的水在外電場作用下有新的納米冰相存在。
　　本論文分為四個(gè)部分：第一章是緒論部分，介紹了蛋白質(zhì)的性質(zhì)、研究意義

3、和現(xiàn)狀，以及碳納米管的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)；第二章是原理和方法部分，主要介紹計(jì)算機(jī)模擬的方法和系綜理論；第三章，第四章和第五章是第三部分，是本文的核心，采用分子動(dòng)力學(xué)方法模擬了肽的低聚體在碳納米管表面形成β桶結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)過程；基于系綜理論研究了疏水作用驅(qū)使的大分子自組裝的熱力學(xué)性質(zhì)；還研究了在外電場作用下碳納米管中的受限水的相變行為。第六章為第四部分，是本文的總結(jié)與展望。各章詳細(xì)內(nèi)容如下：
　　第一章簡單介紹了蛋白質(zhì)的性質(zhì)、研究意義和現(xiàn)狀，

4、并介紹了碳納米管對蛋白質(zhì)構(gòu)型的影響。第二章介紹了本文所用的一些研究方法，包括：分子動(dòng)力學(xué)方法，系綜理論。
　　第三章中，我們研究了在納米碳管的誘導(dǎo)下，兩個(gè)Aβ25-35四聚體的β片層在碳管表面形成β桶結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)過程。Aβ25-35的β桶的形成至少涉及兩個(gè)步驟：(1)碳納米管與Aβ25-35的疏水側(cè)鏈間的強(qiáng)疏水相互作用造成Aβ25-35組成的β片層的彎曲；(2)伴隨β片層內(nèi)部氫鍵網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)，兩片層接口處肽鏈主干間形成氫鍵。詳細(xì)分析

5、表明，β桶結(jié)構(gòu)的形成來源于碳納米管表面與蛋白之間的去水效應(yīng)和蛋白與蛋白之間的相互作用的共同貢獻(xiàn)。而這種β桶結(jié)構(gòu)對抑制淀粉樣纖維形成是有積極作用的。
　　第四章中，我們基于系綜理論研究了疏水作用驅(qū)使的大分子自組裝的熱力學(xué)性質(zhì)。并發(fā)現(xiàn)，熵和焓(源于疏水作用)可以協(xié)同驅(qū)使大分子發(fā)生自組裝。
　　第五章中，我們研究了在外電場作用下碳納米管中的受限水的相變行為。一些新的納米水相在我們的研究中被發(fā)現(xiàn)，同時(shí)，電場驅(qū)使的受限水的相變也在我們