生物分子界面作用的模拟研究

发布时间：2024-12-17 21:37

　　蛋白质是重要的生物分子,是生命的物质基础。它与外界环境的界面作用与很多生命过程如细胞粘附、组织发育等密切相关。理解蛋白质与表面的相互作用及机制,不仅具有重要的基础意义,而且在纳米材料生物效应的研究中也有着潜在的应用价值。我们利用两种计算模拟方法,搭建了多尺度的模型系统,围绕蛋白质界面作用的重要环节(吸附、脱附等)及其关键影响因素(界面水等)进行了系统的研究,并观察到了生物分子界面行为中的标度关系。本论文的第三章和第四章,我们采用分子动力学模拟方法,对人血清白蛋白在氨基封端的自组装单层所修饰的金纳米表面的界面行为,特别是当溶液pH变化时蛋白质的自发脱附行为,进行了系统的研究。当溶液pH较低时,蛋白质能够通过盐桥作用吸附在表面。当溶液pH升高时,蛋白质处于弱吸附状态,且蛋白质存在横向扩散现象,蛋白与表面之间的夹层水分子数增多。当溶液pH值进一步升高时,进一步增强的蛋白质横向扩散和增多的夹层水分子促进了盐桥的断裂并且抑制了蛋白质和表面之间盐桥的重新形成,蛋白质逐渐从表面脱附。本研究所发现的蛋白的自发脱附过程及其机制有助于纳米材料防污表面的开发和生物安全性的提高。我们首次刻画了蛋白的自发脱附过程...

【文章页数】：110 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．２牛血清白蛋白吸附的氧化石墨烯的细胞毒性降低

材料的破坏，进而显著降低纳米材料的细胞毒性。比如，Ｈｕ等人２１的研究发现，??与氧化石墨烯会引起细胞膜破裂的不可逆的损伤不同，被胎牛血清所包裹的氧化??石墨烯对细胞膜完整性的影响非常小，如图１．１所示。也就是说蛋白质在氧化石??墨烯表面的吸附会显著降低氧化石墨烯的细胞毒性。同样的....

图１．３细胞表面受体识别与纳米颗粒结合的蛋白，导致受体介导的细胞对纳米颗??粒的摄取

还能够影响细胞对纳米材料的摄取水平和摄取途径１９，２３，２７。这是因为??吸附在纳米材料表面的蛋白质可以与细胞膜上的受体产生特异性的相互作用，从??而导致纳米材料被特定识别，如图１．３所示２３。比如，被在激活补体系统中发挥??关鍵作用的蛋白质一补体蛋白所吸附的纳米颗粒，很容易被吞....

图１．４由转铁蛋白（红色）修饰的纳米颗粒容易与可溶性转铁蛋白受体（ａ）以及??细胞膜上的靶向受体结合（ｂ），血液中蛋白质在由转铁蛋白（红色）修饰的纳米??

还能够影响细胞对纳米材料的摄取水平和摄取途径１９，２３，２７。这是因为??吸附在纳米材料表面的蛋白质可以与细胞膜上的受体产生特异性的相互作用，从??而导致纳米材料被特定识别，如图１．３所示２３。比如，被在激活补体系统中发挥??关鍵作用的蛋白质一补体蛋白所吸附的纳米颗粒，很容易被吞....

图１．５蛋白质在材料表面吸附后容易发生构型改变

?第一章绪论??受体以及细胞膜上的靶向受体的结合（图１．４）。此时尽管纳米颗粒依然可以继续??进入到细胞内部，但是转铁蛋白的靶向特异性丧失。??蛋白质在纳米材料上的吸附，还有可能损伤免疫防御机制，进而引发疾病。??比如，小鼠肺表面的活性剂蛋白Ａ和Ｄ就很容易吸附在出现在肺部附近的碳....

本文编号：4016565