分子动力学研究蛋白质的吸附行为

发布时间：2018-02-27 05:11

本文关键词： 蛋白质防污材料生物污损分子动力学模拟吸附　出处：《山东大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：在海洋系统中,占据着地球上大部分的资源,当陆地上的各种资源接近枯竭的时候,海洋自然而然地为人类提供所需。而在人类开发海洋的同时,许多的问题也逐渐呈现在人们的视野中。例如,海洋中某些生物的在固体表面的粘附造成设备的腐蚀与损坏,造成了不可估量的经济损失。海洋生物的黏附使船舶航行时的阻力增加,同时也会加快船体的腐蚀,造成巨大的经济损失。研究表明,当海洋生物分泌的蛋白质在固体表面黏附时是防止污损的最佳时期。防污涂料的应用虽然暂时解决了生物污损所带来的困扰,然而,某些物质的使用却对环境造成了一定的影响。目前,许多科研团队都在进行防污材料的研究,然而,对于材料的防污机理却没有统一的认识,因为实验中无法观察到微观水平上蛋白质与材料的作用过程。本文中,我们所应用的是分子动力学,探索微观水平上固体表面的蛋白质吸附行为,期望可以找到相应的防污机理。运用分子模拟,不但可以帮助我们预测新型的防污物质,还可以大大缩减宏观实验中的一系列不合理过程,优化实验方案。本文的研究内容如下:1.通过分子动力学模拟的方法研究贻贝蛋白在聚二甲基硅氧烷(PDMS)和全氟庚烷单层自组装膜(C7F16-SAM)表面的吸附行为。在20ns的模拟后,贻贝蛋白最终稳定的吸附在两个膜表面。后期,我们对吸附过程中的贻贝蛋白的构型、主链原子的波动、界面残基、非键相互作用以及水分子与膜之间的均力势进行分析,模拟结果发现:通过对比贻贝蛋白与膜间的相互作用能,发现贻贝蛋白与疏水的C7F16-SAM膜之间的结合作用比较强;而对于亲水性的PDMS膜来说,由于其表面存在两层致密的水化层,导致贻贝蛋白在其表面的吸附较弱。2.在聚合物表面接枝不同的物质,改变其表面的物化性质也成为探索新型防污剂的手段。本章中,我们将含有甲基(-CH3)和羧基(-COOH)末端的有机物接枝在PDMS表面,研究表面亲疏水性对贻贝蛋白吸附的影响。研究中,我们分析了贻贝蛋白的构型、界面残基、非键相互作用、膜表面与水分子间的均力势以及水化层中水分子的动力学性质。结果表明:贻贝蛋白与疏水性的CH3-SAM膜结合得更为稳定;而对于亲水性强的COOH-SAM膜来说,由于其表面存在比较稳定的水化层,使得蛋白质在靠近膜的过程中需要克服的能垒较大,因此,在其表面上的吸附比较松散。通过本次研究,我们还发现蛋白质在膜表面吸附的强弱与膜周围的水分子存在密切的关系,即蛋白质的残基与水分子在界面处争夺作用位点。3.对于防污领域来说,蛋白质的吸附方向是随机的,我们无法通过外力因素来改变,为了消除不同的放置方向对于蛋白质吸附的影响,我们采取另外一种方法研究蛋白质的吸附行为。本次,我们是在非平衡条件下模拟疏水蛋白吸附的过程。而本次所选择的基质是在二氧化硅晶体上接枝庚烷链(C7H14)和己醇链(C6H13OH)。我们对疏水蛋白施加沿Y轴负方向的力,使蛋白质可以在膜表面运动。结果显示:在对蛋白质施加拉力的条件下,疏水蛋白在膜表面出现了"滚动"现象,通过对疏水蛋白的构型、非键相互作用以及拉力的分析,对蛋白质作用较强的仍然是疏水表面。
[Abstract]:In this paper , we use molecular dynamics to study the adsorption behavior of mussel protein on the surface of membrane ( C7F16 - SAM ) . In order to eliminate the influence of protein adsorption on the surface of membrane , we also found that the adsorption direction of protein on the surface of membrane is random , and we can not alter the adsorption behavior of protein by external force . In order to eliminate the influence of different placement direction on protein adsorption , we also studied the adsorption behavior of protein on the surface of membrane .

【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O647.3

【相似文献】