MD模拟研究电场对环肽纳米管内水传输特性的影响

【摘要】本文采用分子动力学（MD）模拟研究了梯度电场对跨膜环八肽纳米管以及匀强电场对跨膜环六肽纳米管内水分子运动行为的影响。MD模拟发现跨膜环八肽纳米管8×cyclo-(WL)4/POPE可承受的轴向梯度电场的Ea值为0.9V/nm。在Ea≤0.3V/nm的梯度电场下，管内水分子数目及其位置分布、水分子间氢键作用等没有明显改变。当Ea=0.7~0.9V/nm时，管内扩散的水分子数目以及水分子间的氢键数目均随Ea的增大明显增多，但管内水链仍以1-2-1-2结构为主。当Ea=0.9V/nm时，填充在α-plane区域内的水分子会因氢键作用，被其相邻midplane区域的水分子拖拽，从而远离管轴排布。管内水分子同时受到外来电场和两侧管口方向相反的偶极定向作用，随Ea的增大，水分子发生定向的区域从左侧管口沿管轴逐渐向右延伸，且定向区域的偶极角度逐渐减小。引入梯度电场后，环八肽纳米管内水分子向左、向右的跳跃速率不再相等，管内水分子产生偏向运动。模拟发现强度E≤0.5V/nm的匀强电场对环六肽纳米管8×cyclo-(WL)3在POPE脂质膜中的位置及其结构的稳定性没有明显影响。当E增大至0.7V/nm时，环六肽纳米管结构依然保持完整，但稳定性有所下降。当E≤0.5V/nm时，随着E的增大，管内水分子数以及水分子间的氢键数目明显增多，水分子由最初仅出现在midplane区域变成在α-plane区域也有一定的概率分布，但当E=0.7V/nm时，管内填充的水分子数以及水分子间的氢键数目反而下降，由此表明，管内水分子的填充状态同时受外来电场和环肽纳米管本身结构稳定性的影响。沿+z方向的匀强电场同样使管内水分子快速定向于正偶极态。匀强电场的引入提高了水分子在环六肽纳米管管口的跳跃速率，但降低了水分子在管内向左、向右的跳跃速率。
【作者】李慧；
【导师】樊建芬；
【作者基本信息】苏州大学，物理化学，2014，硕士
【关键词】梯度电场；匀强电场；跨膜环肽纳米管；水传输；

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