水和质子化离子液体水溶液在磷脂双分子层界面处溶剂化行为的分子模拟研究

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生物膜作为细胞或细胞器的保护屏障，其结构与性质对生命体中细胞的功能有着非常重要的影响，生物膜的功能又与其界面处溶剂的行为息息相关。因此，深入研究生物膜界面处溶剂分子的行为对了解生物膜的功能至关重要。在本文中，采用分子动力学(molecular dynamics,MD)模拟方法系统地研究了棕榈酰油酰磷脂酰胆碱(POPC)磷脂膜界面处水和质子化离子液体水溶液的结构和动力学性质。　　首先，研究了水分子在POPC磷脂界面处的溶剂化结构、氢键动力学、旋转动力学及光谱性质。模拟结果表明，界面水分子能够与POPC分子中的部分氧原子形成很强的氢键相互作用，尤其是连接磷原子的非桥氧原子。由于这种强氢键相互作用的存在，界面水分子在中红外区域的O-H伸缩振动峰相比于主体相水表现出一定的红移，并且在远红外区域水和水之间的氢键振动模式中表现出明显的蓝移。此外，水分子在界面处的扩散和旋转运动也因氢键的束缚作用而减慢。通过分析界面水分子的组成，发现界面区域内只有少部分水分子能与POPC磷脂分子中的氧原子形成氢键，而且这部分水分子对界面处的动力学性质以及光谱性质的偏移起主导作用。　　然后，采用MD模拟方法系统地研究了磷脂双层界面区域内不同浓度的EAN/水体系的结构性质、动力学性质以及氢键行为。我们的研究结果表明，界面处各种氢键强度顺序为：POPC―H2O>POPC―EA+>H2O―H2O>NO3?―H2O>EA+―H2O>EA+―NO3?，并且随着EAN离子液体浓度的增加，所有类型氢键的强度都有所增强。此外，界面处EA+―NO3?、EA+―H2O、NO3?―H2O和H2O―H2O型氢键具有比体相更强的氢键强度。同时，发现界面处EA+、NO3?、H2O的旋转速度明显比体相更慢，随着EAN离子液体浓度的增加，体相中EA+、NO3?、H2O的旋转速度也会变慢。因此，认为界面处EA+、NO3?和H2O周围的氢键网络随着EAN离子液体浓度的增加会发生显著变化。我们的模拟结果在分子水平揭示了质子化离子液体水溶液在磷脂双分子层界面处的氢键及动力学性质,为人们了解离子液体对细胞膜结构和功能的影响具有十分重要的意义。

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作者
罗艺;
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作者单位

江西师范大学;

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授予单位江西师范大学;
学科无机化学
授予学位硕士
导师姓名杨振,陈祥树;
年度 2020
页码
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原文格式 PDF
正文语种 chi
中图分类
关键词
质子化离子液体水溶液,磷脂双层膜界面,溶剂化行为,分子动力学;

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