磷烯与蛋白质相互作用的分子动力学模拟研究

发布时间：2017-08-01 13:27

  本文关键词：磷烯与蛋白质相互作用的分子动力学模拟研究

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【摘要】：磷烯作为一种新兴的二维纳米材料,拥有独特的褶皱蜂窝状结构和优秀的电子学性质,被科学界认为是继石墨烯之后,一个功能更强大的纳米材料,将有希望被应用于各个领域。因此,极高的应用价值对磷烯材料本身的生物安全性提出了很高的要求,需要我们对磷烯在器官和组织层面、细胞层面和分子层面的生物兼容性作出全面性的评价。本文采用分子动力学模拟的方法,从分子尺度研究磷烯与生物蛋白WW domain以及HP35之间的相互作用。1、磷烯具有一定的纳米毒性,根据WW domain与磷烯接触方式的不同,能产生两种不同形式的破坏。Ⅰ、竞争吸附：磷烯能够促使原本与WW domain结合的配体PRM脱附,造成结合状态的破坏,但是不影响WW domain本身结构；Ⅱ、结构破坏：磷烯能通过吸附WW domain中的第三条p单链,对p结构造成破坏。此外,在没有PRM的体系中也同样发现了这种破坏。这种混合的破坏模式,说明磷烯作为一种高性能的纳米材料,在蛋白质与材料的相互作用过程中扮演着一个灵活多变的角色,既体现了零维材料的竞争吸附性质,又体现了一维材料的破坏性质。2、磷烯除了能够破坏β结构的蛋白质以外,同样能够破坏含有α螺旋结构的蛋白质HP35。通过比较磷烯和石墨烯对HP35结构的破坏程度,发现磷烯由于不能与芳香族残基形成π-π相互作用,其纳米毒性要弱于石墨烯。这表明,磷烯很有希望作为石墨烯的一种低毒代替材料,应用于其它领域。
【关键词】：磷烯 纳米毒性 分子动力学模拟
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;O561
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 1 绪论11-22
• 1.1 引言11-13
• 1.2 生物大分子与物理学13-17
• 1.2.1 生物分子结合类型13-14
• 1.2.2 自由能与吉布斯函数14-16
• 1.2.3 水与氢键16-17
• 1.3 新兴纳米材料——磷烯17-20
• 1.4 研究方法和内容20-22
• 2 分子动力学模拟技术22-41
• 2.1 分子动力学简介22-23
• 2.2 量子力学模拟方法23-27
• 2.2.1 H-F方程24-26
• 2.2.2 密度泛函理论(DFT)26-27
• 2.3 经典力学模拟方法27-29
• 2.3.1 蒙特卡洛方法(MC)28
• 2.3.2 分子力学方法(MM)28
• 2.3.3 分子动力学模拟方法(MD)28-29
• 2.3.4 布朗动力学方法(BD)29
• 2.4 分子动力学基本原理29-30
• 2.5 运动方程与算法30-31
• 2.6 周期性边界条件31-32
• 2.7 势函数与力场32-37
• 2.7.1 非成键势能(UVDW)33
• 2.7.2 键长势能(Ubond)33-34
• 2.7.3 键角势能(Uangle)34-35
• 2.7.4 二面角势能(Udihedral)35-36
• 2.7.5 库仑能(U_(ele))36-37
• 2.7.6 其它势能(U_(res))37
• 2.8 初始条件37
• 2.9 统计力学与系综理论37-39
• 2.9.1 温度耦合38-39
• 2.9.2 压力耦合39
• 2.10 GROMACS简介39-41
• 3 磷烯与WW domain蛋白质相互作用研究41-57
• 3.1 模型与方法41-43
• 3.2 磷烯对WW domain纳米毒性研究43-56
• 3.2.1 竞争吸附45-51
• 3.2.2 结构破坏51-56
• 3.3 小结56-57
• 4 磷烯与HP35蛋白质相互作用研究57-64
• 4.1 模型与方法57-58
• 4.2 磷烯对HP35纳米毒性研究58-60
• 4.3 磷烯与石墨烯比较研究60-63
• 4.4 小结63-64
• 总结和展望64-66
• 参考文献66-69

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