跨膜环肽纳米管模拟生物水通道的分子动力学研究

环肽纳米管通常由氨基酸通过肽键首尾相连形成环肽分子，进而通过环肽分子间的氢键作用自组装而成，通过定制环肽纳米管外表的疏水特性，可以实现在脂质双分子层膜中的插入，在模拟生物跨膜通道方面具有广阔的应用前景。本项目采用具有良好疏水性侧链的色氨酸（Trp）和亮氨酸（Leu）在双分子质膜POPE（1-Palmitoyl-2-oleoyl-sn- Glycero-3-phosphoethanol-amine）中组装成三种不同管径的跨膜环肽纳米管，同时采用平衡及非平衡分子动力学（EMD和NEMD）方法，模拟研究多种因素（如电场、纳米管外的受力、纳米管内外共存的多种离子及其它小分子等）对此类跨膜纳米通道中的水传输特性（包括管内水链结构、水分子分布及偶极取向、水在管内的渗透与扩散特性等）的影响及其微观机制，以期在原子水平揭示生物水通道的工作机制和基本特性，并为人工纳米水通道的开发研制提供理论预测。

通过自编的TCL脚本，快速实现了由氨基酸分子通过肽键首尾相连形成环肽分子，并进一步通过分子间氢键作用实现环肽分子的自组装，形成环肽纳米管。本项目采用具有良好疏水性侧链的色氨酸（W）和亮氨酸（L）在双分子质膜POPE中组装成不同管长、管径的跨膜环肽纳米管k×(WL)n/POPE（管长由k=6,7,8,9,10控制; 管径由n=3,4,5调节）。采用多种分子动力学模拟手段，考察了不同管长、管径和膜厚的跨膜环肽纳米管的水传输特性（包括管内水链结构、水分子分布及偶极取向、水在管内的渗透与扩散特性等），以及多种因素（如电场、外力、共存离子或小分子等）对此类跨膜纳米通道水传输特性的影响及其微观机制，并进一步将研究拓展到环肽纳米管对有机小分子的传输与分离，在原子水平获得了此类人工生物纳米通道在多种条件下的基本特性和工作机制，获得了较为丰富的研究成果。