生物界面分子行为的模拟研究

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在生命活动中的一些重要过程中,如细胞贴附、细胞物质交换、以及生物矿化等,往往涉及生物界面结构和分子行为这一基本问题的研究。我们采用分子模拟方法对生物界面中的膜界面以及生物固液界面进行了分子层次的深入研究。 我们分别采用了格子MonteCarlo(LatticeMonteCarlo,LMC)分子模拟技术研究了双亲分子膜界面的结构和分子行为。提出了一种新的油水定域界面格子模型。研究表明,LMC模拟结果与高分子自洽场统计理论(SCFT)结果相符,证明了该模型方法的可靠性。采用该模型可以研究二维和三维情况下不同亲水亲油性双亲分子在油水界面的的协同效应和链长匹配规律。该方法为今后研究更加复杂的细胞膜界面以及生物固液界面奠定了基础。 我们采用分子动力学(MolecularDynamic,MD)模拟方法研究了羟基磷灰石(HAP)界面,其中HAP是人体中的牙和骨的主要无机成分。模拟结果给出了水和生物分子氨基酸和蛋白质在不同HAP界面下的结构、吸附位点、吸附斑图以及吸附行为。为深入探讨这些分子在生物矿化过程中的生物功能提供了分子信息基础。发现了水在HAP界面的层状吸附特点,以及不同氨基酸在界面的取向吸附和牙釉原蛋白在HAP上的吸附位点。特别计算了一些离子或分子进出HAP界面结构化水层的能垒,在分子层次解释了纳米HAP在生理环境下的动力学稳定的原因,并指出HAP界面水的特殊结构在生物矿化中具有重要的作用,而这一点在过去的研究中为人们所忽视。 此外,对在生物界面下可能存在的瞬间极限条件(高温高压)或永久的微区域的极限环境(高电场)下分子行为进行了初步研究。结果表明,蛋白质能抵抗一定强度的外界冲击,具有一定的自修复能力,但足够强的冲击波可以瞬间破坏蛋白质的结构;水分子在高电场和高压环境下,可在常温下结冰,分子行为发生了极大的改变。这些极限条件下的分子行为目前研究很少,但这些异常条件下分子奇特行为可能在生命活动中发挥重要的作用。
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