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功能化碳纳米管吸附溶菌酶的分子动力学研究

作　者: 付丽
导　师: 纪培军
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 溶菌酶 碳纳米管 十六烷基硫酸钠 分子动力学模拟
分类号: O643.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


溶菌酶在生物医药领域有广阔的应用前景,但游离的溶菌酶性质不稳定,分离困难,将溶菌酶固定在载体上可以提高溶菌酶的稳定性,延长使用时间,方便分离和重复利用。采用阴离子表面活性剂十六烷基硫酸钠(SCS)功能化的碳纳米管作为固定溶菌酶的载体,可高效吸附分离溶菌酶,实现溶菌酶的固定化。溶菌酶在固体表面吸附有很多影响因素,了解溶菌酶的吸附对于溶菌酶的应用有重要的意义。本文通过分子动力学模拟,研究溶菌酶在功能化碳纳米管表面的吸附取向、吸附机理以及功能化碳纳米管与溶菌酶之间的相互作用。主要研究内容及结论如下：确定了溶菌酶(HEWL),十六烷基硫酸钠(SCS),碳纳米管(CNT)和异丙醇(IPA)的力场参数。对SCS功能化碳纳米管进行了模拟；对溶菌酶进行了预处理,使溶菌酶表面带电情况与在实验条件下一致。根据碳纳米管和溶菌酶表面的带电情况,选择了7个最有可能的吸附构象,进行分子动力学模拟。对模拟结果从均方根偏差(RMSD),回转半径(g(r)),残基均方根波动(rmsf),二级结构,吸附取向变化和吸附能量方面进行了分析。结果表明：溶菌酶倾向于以C,N端面(位于α域)吸附在功能化碳纳米管表面,因为溶菌酶在吸附过程中会不断旋转和调整位置,SCS头部带负电,所以带正电荷较多的溶菌酶的C,N端面更容易吸附到功能化的碳管的表面。C端部分二级结构变化较为明显,有部分α-螺旋丢失。根据平均力势(Potential of mean force, PMF)的计算结果,从热力学的角度分析了溶菌酶的吸附过程,并分析了体系中每个组分的焓变和熵变对吸附过程的贡献。结果表明：溶菌酶在功能化碳纳米管表面的吸附是自发的。吸附过程中,溶菌酶先以C,N端面吸附在SCS表面,然后继续向SCS表面靠近,最终以平躺的形态吸附在功能化碳纳米管表面。

全文目录


学位论文数据集  3-4
摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章 绪论  11-27
  1.1 溶菌酶简介  11-15
    1.1.1 溶菌酶的分类  11-12
    1.1.2 溶菌酶的应用  12-13
    1.1.3 溶菌酶的固定化  13
    1.1.4 溶菌酶的分离纯化技术  13-14
    1.1.5 功能化纳米材料在蛋白质固定化中的应用  14-15
  1.2 碳纳米管简介  15-20
    1.2.1 碳纳米管的基本构型和分类  15-17
    1.2.2 碳纳米管的特性和应用  17-18
    1.2.3 碳纳米管的功能化  18-20
  1.3 分子动力学模拟  20-25
    1.3.2 分子动力学方法  21-22
    1.3.3 GROMACS  22-23
    1.3.4 分子动力学模拟力场  23-25
  1.4 分子动力学模拟在溶菌酶吸附机理研究中的应用  25-26
  1.5 本课题的研究背景及主要内容  26-27
第二章 鸡蛋清溶菌酶的预处理及碳纳米管功能化的模拟  27-37
  2.1 前言  27-29
  2.2 鸡蛋清溶菌酶的预处理  29-30
  2.3 SCS功能化碳纳米管的模拟  30-33
    2.3.1 计算方法  30-31
    2.3.2 参数设置  31-32
    2.3.3 结果与讨论  32-33
  2.4 选取吸附初始构象  33-36
  2.5 本章小结  36-37
第三章 功能化碳纳米管吸附溶菌酶的分子动力学模拟  37-51
  3.1 计算方法和参数设置  37-38
  3.2 结果与讨论  38-50
    3.2.1 各组分RMSD分析  38-39
    3.2.2 溶菌酶回转半径g(r)  39-40
    3.2.3 溶菌酶残基均方根偏差(RMSF)  40-42
    3.2.4 溶菌酶二级结构  42-46
    3.2.5 溶菌酶吸附取向变化  46-48
    3.2.6 溶菌酶和SCS相互作用能  48-50
  3.3 本章小结  50-51
第四章 溶菌酶的PMF模拟和能量分析  51-67
  4.1 计算方法  51-52
    4.1.1 平均力势PMF(Potential of mean force)  51
    4.1.2 能量计算  51-52
  4.2 结果与讨论  52-65
    4.2.1 热力学分析  52-59
    4.2.2 构象分析  59-63
    4.2.3 体系中水的分布  63-65
  4.3 本章小结  65-67
第五章 结论  67-69
  5.1 结论  67
  5.2 创新  67-69
参考文献  69-73
致谢  73-75
研究成果及发表的学术论文  75-77
作者和导师介绍  77-79
附件  79-80

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 化学动力学、催化作用 > 化学动力学
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