碳纳米管作用下淀粉样蛋白片段的组装和外场中纳米水的组装.pdf

摘 要 最近的实验和理论研究表明，碳纳米管具有一定的生物特性和仿生特性。比 如，碳纳米管会影响淀粉样蛋白质聚集的过程；碳纳米管可以作为生物通道或核 糖体的简化模型，等等。虽然这方面已有不少的实验工作，然而，碳纳米管与蛋 白质分子间的相互作用的详细情况仍然没有得到很好的理解。在本论文中，我们 采用全原子分子动力学模拟(MD)研究了的老年痴呆症有关的淀粉样蛋白Ap (Ap25—35)在碳纳米管表面的吸附特性，构象变化以及形成p桶结构的动力学 过程。在该过程中，我们发现了碳纳米管诱导的自组装。为了深入理解这种组装 的机理，我们基于一个简单模型和系综理论研究了刚性大分子组装的各种可能的 驱使力。另外，生物通道和核糖体中受限的纳米水结构也有着重要的生物意义， 同时也得到了广泛的关注。本论文中，我们通过大量的计算机模拟对外场作用下 的碳纳米管中受限水的各种相行为进行了研究。发现受限于纳米碳管中的水在外 电场作用下有新的纳米冰相存在。 本论文分为四个部分：第一章是绪论部分，介绍了蛋白质的性质、研究意义 和现状，以及碳纳米管的结构和性质；第二章是原理和方法部分，主要介绍计算 机模拟的方法和系综理论；第三章，第四章和第五章是第三部分，是本文的核心， 采用分子动力学方法模拟了肽的低聚体在碳纳米管表面形成p桶结构的动力学 过程；基于系综理论研究了疏水作用驱使的大分子自组装的热力学性质；还研究 了在外电场作用下碳纳米管中的受限水的相变行为。第六章为第四部分，是本文 的总结与展望。各章详细内容如下： 第一章简单介绍了蛋白质的性质、研究意义和现状，并介绍了碳纳米管对蛋 白质构型的影响。第二章介绍了本文所用的一些研究方法，包括：分子动力学方 法，系综理论。 第三章中，我们研究了在纳米碳管的诱导下，两个Ap25—35四聚体的D片 层在碳管表面形成p桶结构的动力学过程。AD25．35的p桶的形成至少涉及两 个步骤： (1)碳纳米管与Ap25—35的疏水侧链间的强疏水相互作用造成Ap25 —35组成的p片层的弯曲；(2)伴随p片层内部氢键网络的重构，两片层接口 处肽链主干间形成氢键。详细分析表明，p桶结构的形成来源于碳纳米管表面与 IV 蛋白之间的去水效应和蛋白与蛋白之间的相互作用的共同贡献。而这种p桶结构 对抑制淀粉样纤维形成是有积极作用的。 第四章中，我们基于系综理论研究了疏水作用驱使的大分子自组装的热力学 性质。并发现，熵和焓(源于疏水作用)可以协同驱使大分子发生自组装。 第五章中，我们研究了在外电场作用下碳纳米管中的受限水的相变行为。一 些新的纳米水相在我们的研究中被发现，同时，电场驱使的受限水的相变也在我 们的模拟中看到 在第六章中我们对本文的工作进行了总结，并对后续研究进行了展望。 关键词：蛋白质，淀粉样蛋白，低聚体，聚集，老年痴呆症，Ap(25—35)，p片 层， D桶装结构，单壁纳米碳管，疏水相互作用，受限纳米水，电场驱使，相 变。自组装，刚性大分子。 V ABSTRACT thatCaurbonnanotubeshaVe studiesshow Recent andtherical experimental characteriStics趾d bionic For carbon certain propenies．eX锄ple， biological with the of associated processproteins nanotubes(CNTs)impacta