晶状体蛋白结构特性的分子动力学模拟及其热力学稳定性的定标粒子理论研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:youxiang123hao
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
通过粗粒化分子动力学模拟及半解析定标粒子理论计算,研究了单元及双元系晶状体蛋白体系的液-液相分离线、逾渗线、化学活性系数以及渗透压,并与实验测量值进行了对比。结果表明,在大分子拥塞环境中,由分子变异所导致的晶状体蛋白胶粒间相互作用力变化会破坏系统的热力学稳定性及蛋白分子的短程有序分布,使大量蛋白出现凝聚及交联,并最终导致晶状体浑浊,形成白内障。本文主要工作内容和结论包括:  首先,运用分子动力学模拟研究了γ单元系及γ-α双元系晶状体蛋白的结构特性,并计算出不同分子间作用力程下晶状体蛋白的液-液相分离临界温度。对单元系γ晶状体蛋白进行了快速退火分子模拟研究,得到系统单位内能及单位定容比热随退火温度的变化曲线。在模拟中,不同分子间作用力程下系统的液-液相分离临界温度差异较大,且当吸引作用力程较大时,系统径向分布函数第二峰将形成劈裂,出现玻璃态。在针对双元系晶状体蛋白的模拟中,发现当γ-α分子间相互作用强度及力程发生变化时,系统径向分布函数中出现明显的峰位移动,这说明蛋白微观分布对不同种类蛋白胶粒间作用力强度及力程是十分敏感的。因此,由蛋白变异所导致的晶状体蛋白分子间相互作用变化会破坏正常系统中蛋白分子的短程有序排布,并改变系统的液-液相分离曲线位置。  其次,根据包覆判定准则,分子模拟研究了单元系γ晶状体蛋白的逾渗相变规律及系统相应结构变化。在几何相变的标度律与普适性原理的基础上,通过拟合不同尺寸下的逾渗概率函数,测得了单元系晶状体蛋白系统的接触型及键合型逾渗线。计算结果表明,不同分子间作用力程下蛋白系统的接触型逾渗线位置在远离液-液临界点时差异较大,但沿接触型逾渗线上各点处的蛋白分子配位数分布与集群尺寸分布趋同。在引入表征势阱强度的键合几率P后,我们发现键合型逾渗相变线及键合型平均配位数等值线在相图中均退化为Baxter黏性极限时的结果,与Noro-Frenkel对应态扩展定律的描述相符。此外,无论是在接触型还是键合型逾渗相变发生时,在不同模拟温度下我们均观测到晶状体蛋白系统的数均及权均聚集数在同一范围内波动,且其值与分子间吸引作用力程无关。  最后,利用定标粒子理论计算出单元系晶状体蛋白的热力学稳定性。通过等效硬球粒子模型将分子间存在的短程相互作用转化为蛋白分子尺寸的变化,并以此推导出单元系γ及β蛋白化学活性系数与渗透压,并与实验结果进行比较。另一方面,将粒子互作用势拆分成硬球势及短程吸引势两个部分,通过二阶热力学微绕法计算得出单元系γ晶状体蛋白的自由能及渗透压。研究结果表明,在拥塞环境中的蛋白胶粒系统的热力学稳定性及非平衡态浓度区间位置受分子间作用势作用力程及强度变化影响较大。通过对比等效粒子法及热力学微扰法的计算结果,我们发现计算过程更为简化的等效粒子模型在高浓度环境下低估了人体细胞中普遍存在的排空效应,而热力学微扰法更适用于分析大分子拥塞环境中分子间相互作用力程较长系统的热力学稳定性。
其他文献
超级电容作为一种新型储能元件,因其独特的优势,不仅成功应用于电力系统领域,还广泛应用到轨道交通、电子通讯、军事等领域,而分散性及可靠度严重制约着超级电容储能的发展,为此,引
随着电力电子装置的广泛应用,电力系统中非线性负荷产生的谐波和无功电流对电能质量产生了严重影响。静止无功发生器(Static Var Generator, SVG)作为柔性交流输电系统的一个
电磁流体推进是用于将导电流体(如海水、液态金属等)进行增压,输送和推进的一种电工新技术。根据外加磁场特性的不同,电磁流体推进可分为直流和交流两种方式。本文根据交流磁流体推进的基本原理和血液的导电特性,提出了一种新型的血液驱动装置——交流磁流体血液驱动泵。在这种血液驱动装置中,血液中没有运动的机械部件,也没有周期性的机械变形,因此这种驱动方式对血液没有机械挤压的破坏作用,降低了血液驱动过程中血液生化
本课题来源于中国科学院高能物理研究所承担的北京正负电子对撞机重大改进工程BEPCⅡ项目,论文主要工作是对BEPCⅡ方案中应用到的高压快脉冲电源系统进行设计和实现。 本
学位
学位
风能与太阳能是两种使用较普遍的绿色新能源,具有能源充足,分布广泛,环保清洁等特点。为了弥补两种能源在季节与气候方面的缺陷,针对两者天然的互补性和时空上的匹配性,将两者相结
变压器在电力系统中应用极为广泛,它担负着电能的传输和电压变换的重要作用。变压器空载合闸时,由于受到铁芯磁路饱和的影响可能出现很大的励磁涌流。目前常用的对变压器励磁涌
冬春茬黄瓜在冬季恶劣天气条件下和竖年4、5月份高温季节如管理不当,极易造成黄瓜突然萎蔫死亡,造成经济损失。一、冬春茬温室黄瓜萎蔫死亡的原因1、低温寡照遇大雪连阴天气
学位