富勒烯穿入囊泡膜的粗粒化分子动力学研究

发布时间：2020-02-09 02:06

【摘要】：纳米颗粒与生物系统的相互作用在相当长一段时间内成为研究的热点,尤其以富勒烯C60为著.大家广泛地探讨C60穿透并扰乱细胞膜的机制,但至今仍然没有统一的认识.本文介绍了单分子C60穿过1-棕榈酰基-2-油酰基磷脂酰乙醇胺(POPE)囊泡的粗粒化分子动力学研究,与平面膜相比,发现了C60在穿透囊泡膜时表现出了独特的性质.C60在囊泡双层膜中的最终位置是附着在靠近囊泡膜的内层磷脂分子头部区域,这种特性能够通过勒纳德琼斯(LJ)相互作用能和C60沿径向穿过囊泡膜的自由能分布来得到验证.该研究为C60穿入囊泡膜提供了一个强有力的证据,阐述了C60和囊泡相互作用的机制,可为药物或基因运输选择载体注入的最佳位置提供帮助.
【图文】：

心最小，朝着两边逐渐增大，在靠近头部区域达到最大值．在我们的模拟中，因为第２步中Ｃ６０和类脂分子吸引作用起主导作用，所以ＰＭＦ的最小值偏离了疏水中心．对于平面膜在疏水中心有个较浅的凹坑，这是因为中心位置粒子比较稀少，第１步起到较大作用的结果．对于囊泡，粒子密度的极大值在靠近内外膜的头部区域，且内膜的粒子密度大于外膜，，所以ＰＭＦ值只有一个最低点且位于靠近内膜头部区域．蓝色、黑色和红色曲线分别表示Ｃ６０与系统内所有其他分子、与囊泡的磷脂分子、与水分子的ＬＪ相互作用能．（ａ）整个系统的ＬＪ相互作用能以及系统内不同部分与Ｃ６０的ＬＪ相互作用能；（ｂ）Ｃ６０与囊泡外层分子层的磷脂分子和囊泡外的水分子作用的ＬＪ相互作用能；（ｃ）Ｃ６０与囊泡内层分子层的磷脂分子和囊泡内的水分子作用的ＬＪ相互作用能．图４Ｃ６０和囊泡以及水分子的相互作用能随时间演化图Ｆｉｇ．４ＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｅｎｅｒｇｙｏｆＣ６０ｗｉｔｈｖｅｓｉｃｌｅａｎｄｗａｔｅｒｍｏｌｅｃｕｌａｒａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｉｍｅ３．３勒纳德琼斯（ＬＪ）相互作用能在系统能量计算中，囊泡分子与Ｃ６０之间的相互作用是通过计算ＬＪ势来得到的．图４表示单个Ｃ６０与ＰＯＰＥ囊泡的ＬＪ相互作用能．首先我们考察了Ｃ６０和系统中其他分子（包括类脂分子和水分子）的相互作用（图４（ａ））．同时还分别计算了Ｃ６０与囊泡内外层的磷脂分子以及囊泡内外部的水分子之间的相互作用能，如图４（ｂ）和（ｃ）所示．最开始，Ｃ６０与囊泡表面

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