本文關(guān)鍵詞：計算機模擬生物膜膽固醇及膜與多肽的相互作用，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：生物膜是生物細胞的重要組成部分,生物體通過細胞質(zhì)膜將生物細胞的內(nèi)外隔絕開來,通過大量的細胞內(nèi)生膜將細胞器的內(nèi)外隔離開來,這樣可以使得生物細胞以及生物細胞器更加的功能化,使得很多的細胞內(nèi)反應(yīng)變得更加的安全。生物膜的組分是多樣的,包含有各種各樣的脂質(zhì),膽固醇,以及蛋白質(zhì)等。生物膜在維持細胞結(jié)構(gòu),細胞內(nèi)外的物質(zhì)輸運、能量轉(zhuǎn)換及信息的傳遞等生命活動中,發(fā)揮著重要的作用。因此,理解生物膜結(jié)構(gòu)與性質(zhì),以及其與外界物質(zhì)的相互作用是一項十分重要的研究工作。本文我們采用計算機模擬的方法研究了膽固醇在不同脂質(zhì)雙層膜當(dāng)中的行為,考察了膜與塑形蛋白以及外界細胞穿膜肽的相互作用。第一章,我們簡要介紹生物膜的基本組成,結(jié)構(gòu)性質(zhì)以及力學(xué)、熱力學(xué)、動力學(xué)等性質(zhì)。本章中,我們著重介紹目前生物膜研究的幾個熱門領(lǐng)域。首先是對生物膜中膽固醇的研究,膽固醇是細胞內(nèi)一種重要的含量豐富的代謝物,與多種心腦血管疾病比如動脈粥樣硬化相關(guān)。接著,我們將介紹生物體內(nèi)膜轉(zhuǎn)運過程的生物膜重塑現(xiàn)象,而且特別的強調(diào)該過程中膜重塑蛋白的作用。最后,我們將介紹生物膜與外在的多肽的相互作用。這種多肽或蛋白包含很多的類別,比如說抗菌肽,細胞穿膜肽。第二章,我們主要介紹分子動力學(xué)模擬方法,特別是分子模擬當(dāng)中的力場選擇。我們介紹了全原子模擬方法和粗�；椒�,以及它們是如何被應(yīng)用在生物分子體系包括生物膜,蛋白質(zhì),多肽,納米顆粒等方面的研究。第三章,我們利用計算機模擬,研究了膽固醇在幾種不同的細胞膜中的行為。目前,對膽固醇在哺乳動物細胞膜中分布行為的研究受到了廣泛的關(guān)注,它可以有助于揭示一些心腦血管疾病的病理學(xué)起因。我們的結(jié)果表明,膽固醇在不同的膜當(dāng)中的熵-焓值依賴于細胞膜的磷脂堆積。緊密的磷脂堆積對應(yīng)有利的熵,但焓卻是不利的。與此同時,疏松的磷脂堆積對應(yīng)著不利的熵,但焓是有利的。在不同細胞膜環(huán)境下,熱力學(xué)變化的不同將會影響膽固醇在膜與膜之間以及膜內(nèi)的分布。我們還研究了膽固醇在彎曲的膜上的跨膜分布,發(fā)現(xiàn)因為在彎曲的膜中,膜的兩個單層的磷脂堆積發(fā)生了不一樣變化,這將導(dǎo)致膽固醇在膜的兩個單層上重新分布。最后我們定量化地提出了一種物理機制,來解釋膽固醇在膜兩個單層上的再分布行為。并且,我們討論了這種再分布行為在膜形變過程的作用,并指出這個過程可以有效的降低膜彎曲所耗費的能量,這些研究結(jié)果增進了對膽固醇在細胞膜間與膜內(nèi)的分布情況的認識。第四章,我們主要研究細胞穿膜肽與膜的相互作用。細胞穿膜肽(CPPs)能夠有效地將蛋白質(zhì)、核酸等生物分子導(dǎo)入動物細胞中。利用分子動力學(xué)模擬,我們系統(tǒng)研究了(Arg)9(細胞穿膜肽的一種)轉(zhuǎn)運通過細胞膜的微觀機理。我們的結(jié)果表明,細胞膜的不對稱性(尤其是膜磷脂電荷分布的不對稱性)是(Arg)9轉(zhuǎn)運的前提和關(guān)鍵,而膜孔的產(chǎn)生(往往需要多個肽之間的協(xié)同作用)則是(Arg)9通過細胞膜的主要途徑——在膜磷脂不對稱分布情況下,多個(Arg)9誘導(dǎo)細胞膜產(chǎn)生膜孔,然后經(jīng)由膜孔直接穿膜進入細胞內(nèi)部。此外,通過在(Arg)9一端接入納米粒子(作為貨物分子),我們進一步研究了在有貨物分子存在的情況下,(Arg)9的穿膜機制及其轉(zhuǎn)運能力,并考察了納米粒子的親疏水性對穿膜過程的影響。我們發(fā)現(xiàn),在接入納米粒子后,(Arg)9與納米粒子二者的復(fù)合體依然能夠通過協(xié)同作用直接穿過細胞膜,不過親疏水性不同的粒子在穿膜過程中所經(jīng)由的路徑則大不相同,而且疏水性納米粒子要比親水性納米粒子更加容易被輸運。這些研究結(jié)果有可能對將來以細胞穿膜肽為載體的藥物設(shè)計、輸運提供一些有意義的指導(dǎo)。第五章,我們研究膜塑形蛋白的氨基端螺旋在塑造膜形狀過程的作用。我們結(jié)合全原子模擬與粗�；M,研究了Epsin, Sarlp以及Arf1三種蛋白質(zhì)的氨基端螺旋與磷脂膜的相互作用。全原子模擬表明,兩親性螺旋嵌入細胞膜會導(dǎo)致包含該螺旋的脂質(zhì)單層的磷脂尾部序參量降低,而不包含該螺旋的脂質(zhì)單層的磷脂尾部序參量會升高。并且Epsin與Sarlp氨基螺旋對磷脂堆積的影響要大于Arf1氨基螺旋的影響。進一步的粗粒化模擬直接展示了在多個氨基端螺旋嵌入膜的情況下膜的變形過程。我們發(fā)現(xiàn)對比Arf1氨基端螺旋,Epsin與Sarlp氨基端螺旋能誘導(dǎo)更大膜曲率。此外我們嘗試闡釋了多肽的長度,凈電荷,疏水性以及輸水矩是如何與Epsin, Sarlp以及Arf1氨基端螺旋的膜塑形能力相聯(lián)系在一起的。該研究有助于更好的理解蛋白驅(qū)動的膜重塑機制。第六章,我們對本文的工作進行總結(jié),并對今后的工作進行了展望。
【關(guān)鍵詞】：細胞膜 膜彎曲 分子動力學(xué) 膽固醇 膜重塑 兩親性螺旋 多肽 塑形蛋白 細胞穿膜肽 自由能
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：Q811.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• 英文摘要6-12
• Chapter 1 Introduction12-30
• 1.1 Cell membrane components and structure12-16
• 1.1.1 Lipids12-15
• 1.1.2 Membrane protein15-16
• 1.2 Cell membrane properties and function16-20
• 1.2.1 Membrane's mechanical and thermodynamics properties16-18
• 1.2.2 Transport and signaling function of the membrane18-20
• 1.3 Cholesterol in membrane20-22
• 1.3.1 The structure and metabolism of cholesterol in mammal cell20-21
• 1.3.2 The distribution and role of cholesterol in membrane21-22
• 1.4 Intracellular transport and membrane remodeling protein22-25
• 1.4.1 Main ways of the intracellular vesicular transport22-23
• 1.4.2 Mechanisms of membrane remodeling23-25
• 1.5 Interactions of membrane with the foreigner molecules-peptide or par-ticles25-30
• 1.5.1 Antimicrobial peptide and cell penetrating peptide25-27
• 1.5.2 Formation of membrane pore formation27-28
• 1.5.3 Biological nanotechnology and drug delivery28-30
• Chapter 2 Methods30-42
• 2.1 Fundamental principle of computer simulation30-34
• 2.1.1 Calculating averages from a molecular dynamics simulation30-32
• 2.1.2 Classical mechanics32-34
• 2.2 Force field34-39
• 2.2.1 Genetal principle of force field34-35
• 2.2.2 All atom simulation35-37
• 2.2.3 Coarse grained simulation37-39
• 2.3 Calculation of free energy in MD simulation39-42
• Chapter 3 Influence of different membrane environments on the behavior of cholesterol42-62
• 3.1 Introduction42-43
• 3.2 Methods and Models43-47
• 3.3 Results and Discussion47-57
• 3.3.1 Cholesterol condensing effect47-48
• 3.3.2 Thermodynamics analysis of cholesterol in different membranes48-53
• 3.3.3 Redistribution of cholesterol in curved membrane and discus-sion on its implication53-57
• 3.4 Conclusion57-58
• 3.5 Appendix58-62
• Chapter 4 Translocation of poly-arginine and conjugated particles across the asymmetric membrane62-75
• 4.1 Introduction62-63
• 4.2 Methods and Models63-67
• 4.3 Results and Discussion67-73
• 4.3.1 Translocation of peptides across asymmetric membranes67-69
• 4.3.2 Translocation of peptide and its conjugated particle across asym-metric membranes69-73
• 4.4 Conclusion73-75
• Chapter 5 Computer simulations of the N-terminal helices of Epsin, Sarlp and Arfl interacting with the membrane75-90
• 5.1 Introduction75-79
• 5.2 Methods79-81
• 5.3 Results and Disussion81-89
• 5.3.1 Insertion of amphiphilic helix into membrane81-85
• 5.3.2 Effect of helix insertion on lipid packing of membrane85-86
• 5.3.3 Membrane remodeling upon insertion of multiple helices86-89
• 5.4 Conclusion89-90
• Chapter 6 Conclusion and Outlook90-94
• Bibliography94-114
• Publications114-116
• Acknowledgement116-118

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 吳昊;吳江;楊宇;孫欣;楊廣笑;王全穎;;攜帶信號肽NT4-GFP-穿膜肽Ant融合基因的重組腺相關(guān)病毒載體的構(gòu)建及意義[J];吉林大學(xué)學(xué)報(醫(yī)學(xué)版);2007年05期

2 盧芳;徐祥;梁華平;楊雪;范霞;魏強;王希;鮑依稀;;HP-10對結(jié)腸癌LoVo細胞體內(nèi)外增殖的影響[J];第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報;2010年07期

3 陳荊曉;王慧媛;許小丁;陳巍海;張先正;;用于基因和藥物傳遞的多肽及聚多肽材料[J];高分子學(xué)報;2011年08期

4 高洪昌;黃小龍;陳銀華;許云;吳文嬙;謝俊;黃東益;;參薯ADP-ribosylation factor(ARF)基因的生物信息學(xué)分析[J];南方農(nóng)業(yè)學(xué)報;2013年07期

5 黃瓊林;梁凌玲;何瑞;詹若挺;陳蔚文;;瀕危藥用植物青天葵器官大小調(diào)控基因EBP1的克隆與分析[J];分子植物育種;2013年05期

6 Guan Cui-ping;;Recognition of Human G-protein Coupled Receptors Using Compressed Amino Acid Alphabets[J];Journal of Northeast Agricultural University(English Edition);2013年04期

7 孫繼鑫;徐建剛;王軼鵬;;基于分子動力學(xué)的納米銅-鎳擴散焊接模擬研究[J];兵器材料科學(xué)與工程;2013年06期

8 安棟;郭欣;鄭楚光;;微孔無定形碳分子動力學(xué)建模及吸附性能研究[J];工程熱物理學(xué)報;2014年03期

9 張恒;胡立梅;藺存國;王利;苑世領(lǐng);;溶菌酶蛋白與聚合物防污膜相互作用的分子動力學(xué)模擬[J];高分子學(xué)報;2014年01期

10 黃文建;孫振范;常勇慧;馮華杰;;正烷醇在二氧化碳中無限稀釋擴散的分子動力學(xué)模擬[J];廣東化工;2014年03期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 張倩玉;Jie Tang;Ling Fu;Rui Ran;Yayuan Liu;Mingqing Yuan;Qin He;;一種由具有pH敏感性的α-螺旋穿膜肽修飾的脂質(zhì)體遞藥系統(tǒng)(英文)[A];第十一屆全國博士生學(xué)術(shù)年會（生物醫(yī)藥專題）論文集（上冊，大會報告）[C];2013年

2 馬茹鳳;郭雅芳;;含有不同密度點缺陷納米鎂單晶壓縮的分子動力學(xué)模擬[A];北京力學(xué)會第21屆學(xué)術(shù)年會暨北京振動工程學(xué)會第22屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2015年

3 韓苗苗;王慶宇;李桃生;李忠宇;;4H-SiC輻照損傷的分子動力學(xué)研究[A];中國核科學(xué)技術(shù)進展報告（第三卷）——中國核學(xué)會2013年學(xué)術(shù)年會論文集第4冊（核材料分卷、同位素分離分卷、核化學(xué)與放射化學(xué)分卷）[C];2013年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉成杰;酪蛋白納米球的制備及其細胞攝取研究[D];南京大學(xué);2010年

2 孫曉南;融合多肽靶向DNA蛋白激酶自主磷酸化的放射增敏實驗研究[D];浙江大學(xué);2011年

3 陳鴻軍;MDV CVI988弱毒疫苗株VP22蛋白轉(zhuǎn)導(dǎo)功能研究[D];揚州大學(xué);2006年

4 張晨飛;MDV-1 CVI988疫苗株VP22及UL13蛋白功能初步研究[D];揚州大學(xué);2009年

5 呂穎慧;細胞珠蛋白在肝纖維化中的抗氧化作用及上調(diào)機制研究[D];華僑大學(xué);2009年

6 王明宇;可分泌Aβ阻斷肽的重組腺相關(guān)病毒的神經(jīng)保護作用研究[D];吉林大學(xué);2012年

7 談小建;碳納米管及相關(guān)一維體系熱電性能的理論研究[D];武漢大學(xué);2013年

8 鄧蘊彥;藍光誘導(dǎo)海帶幼孢子體轉(zhuǎn)錄譜變化的研究[D];中國科學(xué)院研究生院（海洋研究所）;2013年

9 邵展茹;長囊水云與海帶甘露醇代謝途徑相關(guān)基因的研究[D];中國科學(xué)院研究生院（海洋研究所）;2013年

10 馬嚴;可在體實現(xiàn)胞內(nèi)直接投遞的新型細胞穿膜肽的構(gòu)建、篩選和穿膜機制研究[D];華中科技大學(xué);2013年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 吳昊;PSSHG/NT4-GFP-Ant重組腺相關(guān)病毒的構(gòu)建和體內(nèi)分泌表達大分子蛋白經(jīng)“鼻-腦”通路入腦的研究[D];吉林大學(xué);2006年

2 陳杰;分泌表達NT4-TAT-6×His-VHLβ結(jié)構(gòu)域腎癌抑制融合肽的重組腺伴隨病毒對腎癌的治療作用[D];山東大學(xué);2008年

3 郝躍文;分泌表達PR39的重組腺相關(guān)病毒的構(gòu)建和促進低氧環(huán)境雞胚血管新生作用的研究[D];第四軍醫(yī)大學(xué);2008年

4 趙陽;明膠—硅氧烷納米顆粒作為基因載體的應(yīng)用[D];廈門大學(xué);2008年

5 陳永安;含rAFP的蜂毒素基因重組腺病毒轉(zhuǎn)染人肝癌細胞HepG2后的作用機制研究[D];第二軍醫(yī)大學(xué);2009年

6 張士寶;表達NT4-SAC-HA2-TAT融合肽的重組腺伴隨病毒載體的構(gòu)建及鑒定[D];山東大學(xué);2009年

7 姚如婕;布地奈德聯(lián)合細菌溶解產(chǎn)物對哮喘小鼠的治療作用及機制研究[D];中南大學(xué);2010年

8 盧芳;HP-10對結(jié)腸癌LoVo細胞體內(nèi)外增殖的影響[D];重慶醫(yī)科大學(xué);2010年

9 顏露;Tat修飾胰島素PLGA納米粒制備及腦靶向研究[D];浙江中醫(yī)藥大學(xué);2012年

10 白希希;新型抗菌肽的設(shè)計與研究—生物活性及與磷脂膜相互作用[D];鄭州大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：計算機模擬生物膜膽固醇及膜與多肽的相互作用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：312723