肽两亲分子自组装分子动力学模拟

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超分子材料是通过以非共价键为驱动力的自组装形式形成的一种新型功能材料。肽两亲分子（简称PAs）通过长链烷烃的疏水作用发生聚集，并由多肽分子间形成的氢键及其静电相互作用使PAs分子能够自组装形成具有特殊结构和功能的超分子材料，此类分子制成的材料在如光电材料，骨骼材料，生物医用材料，生物传感器等领域有广泛的应用前景。另外，通过改变外界条件，如光，pH，离子和酶，还可以得到具有高长径比的圆柱状纳米纤维。PAs中具有较短的头基即为氨基酸表面活性剂，因其具有低毒性和环保功能，因此在食品、制药和个人护理等领域中也备受关注。分子动力学模拟（简称MD模拟）可以了解每个残基形成二级结构的概率以及聚集体内部的分子尺度信息。因此本文采用MD模拟的方法了解聚集体内部结构信息。
　　第三章通过MD模拟分析C12Sar，C12Gly，C12Ala，C12Mal，C12Asp和C12Glu分别形成的单层膜内部的氨基酸分子头基与水和离子间的相互作用。发现决定表面活性剂之间形成氢键的能力主要因素是每个头基部分的表面积，表面活性剂紧密聚集在一起导致与分子形成氢键的能力减弱。同时二价反离子的加入使得表面活性剂分子与反离子的结合能力显著增强，从而使表面活性剂构象更为刚性。
　　为探究老年痴呆症中淀粉样蛋白（简称Aβ）的聚集形态以及内部结构信息，肽两亲分子选用C12-Aβ(11-17)，C12-Aβ(16-22)，C12-Aβ(25-35)和C12-Aβ(37-42)这4种片段进行MD模拟。第四章基于已有的C12-Aβ(11-17)实验进行每层不同片数的MD模拟分析。在pH为3的环境下，随着浓度的增加，聚集体构型从胶束到单根纳米纤维最后形成多根纳米纤维。当每层9根时达到形成单根纳米纤维的上限，形成的单根纳米纤维具有一定螺旋状结构，且直径约为4.7nm与实验值相匹配。氢键和亲疏水表面积与形成的聚集体构型有关。
　　第五章通过MD分析讨论C12-Aβ(11-17)，C12-Aβ(16-22)，C12-Aβ(25-35)和 C12-Aβ(37-42)在不同 pH环境下形成聚集体的结构。经过分析得到C12-Aβ(11-17)的pH3的稳定结构是具有扭转结构的纳米纤维，直径与实验测得值基本一致，pH7得到具有β-sheet的纳米纤维与实验提出的假设一致，pH5与pH11都能成胶束。C12-Aβ(16-22)， C12-Aβ(25-35)和C12-Aβ(37-42)在不同pH环境下都能形成纳米纤维。当PAs分子首端残基带有电荷时，由于带电基团在体系内部产生静电相斥作用会使体系不能维持圆柱状结构。首端残基不带电荷，但是中间段存在相斥作用，以及末端存在静电相吸作用，最终形成扭转的纳米纤维。如果首/末两端残基带有异性电荷时，最终聚集体形成为扁平状结构。如果首/末两端残基带有同性电荷时，最终聚集体形成胶束，但末端相邻的残基带有与末端的异性电荷，则可以使胶束聚集在一起。
　　综上所述，根据MD模拟表明，PAs分子聚集体与多肽分子链的长度，离子，浓度，以及内在残基带电荷的位置与正负性相关。

著录项

作者
邱新龙;
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作者单位

东华大学;

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授予单位东华大学;
学科化学
授予学位硕士
导师姓名吴荣亮;
年度 2017
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类分子间的相互作用、超分子化学;
关键词
肽两亲分子; 自组装; 分子动力学模拟; 氢键;

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