水溶性修饰碳纳米管与WW功能蛋白相互作用的分子动力学模拟研究.pdf

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1、目录目录i摘要1Abstract2绪论41.1碳纳米管以及蛋白质基础知识41.1.1碳纳米管41.1.2碳纳米管的可溶性修饰61.1.3蛋白质81.2碳纳米管与蛋白质相互作用101.3本论文研究目的意义以及论文内容安排12第二章分子动力学及Gromacs模拟软件132.1分子动力学模拟简介132.2分子动力学模拟原理132.3分子动力学模拟相关概念172.3.1力场172.3.2能量最小化172.3.3周期性边界条件182.3.4不同系综的分子动力学处理192.4Gromacs模拟软件介绍212.4.1Gromacs简介212

2、.4.2Gromacs相关文件及工作流程22第三章f-SWCNT与YAP65WWdomain相互作用的研宄253.1弓1?253.2模拟系统构建与模拟参数设置273.3f-SWCNT7K溶性分析303.4f-SWCNT与YAP65WWdomain相互作用的模拟结果323.5f-SWCNT与YAP65WWdomain结合过程分析333.6f-SWCNT与YAP65WWdomain之间氢键分析363.7f-SWCNT、配体与YAP65WWdomain三者相互作用423.8本章小结44第四章全文总结45参考文献46攻读硕士期间发表学术论文

3、5152摘要关于纳米材料的研究是当前重要的研宄课题。现在，纳米材料被广泛应用于各个领域，包括纳米器件和纳米生物医学等。而最近几年有关研宂表明纳米材料在实际应用中可能会产生毒性。为了保证纳米材料在生物医学等领域的应用，研宄其可能的毒性机理显得尤为重要。碳纳米管作为纳米颗粒中一员，因其独特的物理化学性质以及良好的生物相容性而被人们所关注。在人们广泛研究其可能的应用并尝试将其应用于生物医学等领域过程中，它可能对人体健康带来的危害也成为研究的重点。现在普遍认为碳纳米管会对包括人类在内的哺乳动物的蛋白结构与功能产生影响。20]1年，来自复旦大学的左光宏等研究人员利用分子动力

4、学模拟研究了单壁碳纳米管与蛋白质分子间的相互作用，发现，由于疏水作用碳纳米管会插到蛋白质的疏水核心，占据蛋白质的功能位点，影响蛋白的构型，从而导致蛋白的功能发挥受阻。他的这一研宄为从纳米尺度上阐释纳米颗粒的毒性机理提供了一种可能的理论依据。然而，由于疏水纳米颗粒本身极易发生团聚现象，生物医学领域广泛应用的纳米颗粒一般都要进行水溶性功能团修饰。本文利用分子动力学模拟的方法研究水溶性精氨酸侧链修饰的碳纳米管与YAP65WWdomain蛋白片段（人类体内一种可与富含脯氨酸的片段结合而发挥作用的功能蛋白）间的相互作用，取得了以下结果：首先，我们研究在一端进行了功能化修饰精氨酸

5、侧链的单壁碳纳米管与YAP65WWdomain的相互作用，这样的水溶性功能化后的单壁碳纳米管能通过裸露侧壁与蛋白间的疏水作用结合到YAP65WWdomain的疏水核心，对蛋白的构型产生影响。修饰基团与蛋白间能形成氢键，氢键的存在有利于碳纳米管与蛋白复合物的稳定。其次，我们研究这样的水溶性精氨酸侧链功能化修饰的单壁碳纳米管与蛋白配体竞争靶蛋白的结合位点的过程。结果显示水溶性修饰后的碳纳米管会先于配体结合到靶蛋白的结合位点。这被占据结合位点的靶蛋白将不能发挥其原有的功能。这一结果告诉我们，即使对碳纳米管进行了水溶性的修饰，由于较强的疏水作用，氢键的作用等复杂因素的存在，纳

6、米颗粒仍有可能对蛋白产生毒性。关键词：分子动力学模拟；功能化修饰碳纳米管；蛋白；疏水作用；氢键；毒性中图分类号：0411AbstractNano-scalematerialshavebeenwidelyusedinvariousfields,includingnano-devicesandnano-biomedicine.Inrecentyears,ithasbeenfoundthatthenano-materialsmaybetoxictothelivingbeings.Theunderstandingofthemechanismofthepossibletoxic

7、ityornon-toxicityisofimportanceintheapplications.Asoneofthepromisingnano-particles,carbonnanotube(CNT)hasattractedspecialattentions.IthasbeenrecognizedthatCNTwillaffectthestructureandfunctionofprotein.In201LGuanghongZuoet.al.fromFudanUniversityfoundthatsingle-walledcarbonnanotu