SWNTs与蛋白质相互作用的分子动力学模拟

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1、摘要摘要碳纳米管在生物医药领域的巨大应用潜力已经引起了科学界和产业界的极大兴趣和广泛关注。将其与蛋白质搭配可望制造出微型生物传感器、药物和药物运输载体，以及新型功能生物材料。而二者稳定持久的相互作用是至关重要的，是制造这些器件的基础。为了更进一步研究二者相互作用机理和相互作用过程细节，本文采用分子动力学方法分别模拟了水溶液中单壁碳纳米管与组蛋白、由蛋白质中功能基团功能化的自组装单层膜和具有纯粹二级结构多肤的相互砟用。模拟结果显示单壁碳纳米管和组蛋白能发生自发性吸附，并且趋于以最大接触面积吸附。在吸附过程中，憎水型残基分散于单壁碳纳米管表面附近，对吸附起到了主要作用。同时也讨论了两种不

2、同类型的单壁碳纳米管在水溶液中对吸附的影响，其中手扶椅型单壁碳纳米管具有更强的吸附效果。在单壁碳纳米管与自组装单层膜体系中，由于水分子的溶剂化效应，单壁碳纳米管与带电荷的自组装单层膜相互作用能量为零。单壁碳纳米管与不带电荷的自组装单层膜可以相互吸附，而且影响二者吸附的因素中范德华作用占主导地位。同时本文通过质心距离分析证明了功能化基团的种类及电离状态对自组装单层膜与单壁碳纳米管的相互作用存在影响，并验证了蛋白质原子和单壁碳纳米管的有效相互作用距离。本文成功模拟了单壁碳纳米管诱导具有纯粹二级结构多肽的变性过程。在分子尺度上揭示了a螺旋可以改变为随机形态，而13发卡多肽由于柔软的带状形态

3、可以保持稳定的二级结构。在变性过程中，范德华作用，疏水作用和碳纳米管的形态对构象的改变均有一定的影响。侧链和主链、主链和主链之间的氢键是竞争性的，而侧链和侧链之间的氢键则起到稳定构象的作用。关键词：分子动力学模拟、蛋白质、单壁碳纳米管、自组装单层膜、吸附AbstractABSTRACTCarbonnanotubes(CNTs)havegreatlyattractedbothscientistsandtechnologistsnowadays,foritsgreatpotentialinbiomedicalapplications．WhenmixingCNTswithproteins，

4、manybiofunctionaldevicessuchasbiologicalsensors，drugstransportvectorszndnewbiologicalmaterialscouldbecreated．ThestableinteractionbetweenCNTsandproteinsisnotonlytheessential，butalsothebasisformanufacturingthesedevices．TofurtherstudytheinteractionmechanismandinteractiondetailsofChITsandproteins，w

5、eperformedmoleculardynamicsimulationsofsingle-walledcarbonnanotubes(SWNTs)withhistone，functionalizedself-assembledmonolayers(SAMs)andpepfideswithpuresecondarystructureinaqueous，respectively．TheSAMswerefunctionalizedbythefunctionalgroupsofproteins．ThesimulationsresultsshowedthatSWNTsandhistoneco

6、uldadsorbeachotherspontaneously,andtheytendedtoke印thelargestcontactarea．Intheadsorptionprocess，thehydrophobicresiduesplayedamajorrole，whichclosetothesurfaceofSWNTs．Inthispaper,theinfluenceofSWNTs’typesonadsorptionWasalsodiscussed．ThcarmchairSWNTshadstrongeradsorptionwithhistonethanzigzag．IntheS

7、AMsandSWNTssystems，thesimulationresultsshowedthattheinteractionenergybetweenSWNTsandthechargedSAMsWaszerobecauseofthesolventeffectofwatermolecules．，nleSWNTshadaffinitywiththeunchargedSAMs，whilethevanderWaalsinteractiongavethedomin