形變引起的生物膜微觀結構變化的分子動力學模擬研究.pdf

1、生物膜是細胞及各種細胞器表層的膜，它將膜的內(nèi)部組織和外界環(huán)境分隔開，并保護細胞免受外界的干擾。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。生物膜的主要結構是磷脂雙分子層，它主要由飽和脂分子，不飽和脂分子和膽固醇構成。最近的研究表明，由這三種組分構成的膜，在一定的溫度條件下會發(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，兩種相的位置分布會受到外界條件的影響。膜的形變

2、會影響膜的相分離行為。當形變在膜上產(chǎn)生一個高度彎曲的區(qū)域時，由于組成膜的磷脂分子的性質(zhì)不同，它們會對形變產(chǎn)生不同的反應，由彎曲剛度較小的脂分子組成的液體無序相會積聚到彎曲的地方，而由彎曲剛度高的脂分子構成的液體有序相會到較平直的地方，從能量角度看，脂分子的這種側向組織行為可以降低膜的彎曲能。此外，膜的彎曲也會影響膜上的蛋白質(zhì)分布，在重新分布的過程中蛋白質(zhì)會移動到新位置。因為蛋白質(zhì)是插入脂分子中或者黏著在由脂分子構成的膜的表面上的，所以蛋

3、白質(zhì)的移動與脂分子有關。
　　本文主要研究在模型膜中膜的彎曲對脂分子和蛋白質(zhì)分布的影響。由于生物膜具有復雜的結構并且具有高度的動態(tài)性，所以用實驗的方法對其直接研究具有一定的困難。分子動力學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磷脂分子和蛋白質(zhì)分布的影響。本論文的具體研究內(nèi)容為:第一，用模擬的方法驗證已經(jīng)在實驗中觀察到的DPPC/DLiPC/膽固醇三組分彎曲膜的脂分子的側向組織行為;

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促進其相分離;第三，在彎曲的膜上放入不同種類的膜蛋白，研究膜蛋白的側向組織行為;第四，蛋白質(zhì)和脂分子的相互作用應該會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)其結果和已有的實驗一致;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相分離;第三，膜的彎曲會影響蛋白質(zhì)的分布。在這

5、個研究中所用的蛋白質(zhì)外形是近似于圓柱形的，所以其側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，并且膜蛋白到達彎曲部位后其外形會隨之改變，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