生物膜内微观畴的性质及形成机制的计算机模拟研究

生物膜中的微观畴结构在生物膜内外信号传递、物质能量交换等生物过程中起重要作用。然而，由于真实生物膜的形状、内部成分和结构的复杂性，这类畴结构的性质以及形成的微观机制人们仍然知之甚少。在这个项目中，我们将采用分子动力学、自洽场等计算机模拟方法，分别从动力学和平衡态的角度系统地研究各种因素对生物膜内微观畴的性质和形成的影响，试图从分子尺度上揭示这些畴结构形成的微观动力学机制以及畴的稳定性、畴内分子之间的相互作用和分子的排列规律等性质。我们的结果将从物理的角度对目前生物膜结构研究中具有挑战性和存在争议的问题提供新的见解，增进人们对生物膜结构的认识，为畴结构在真实生物膜的信号传递和物质能量输运等生物功能中的作用提供一些理论参考。

由于其结构、性质和成分的复杂性，生物膜（细胞膜）的微观结构一直存在着较大的争议。在这个项目中，我们采用粗粒化的分子动力学方法研究了生物膜内微观畴结构可能的形成机制及这些畴结构的物理化学性质。首先，我们研究了位置和取向固定的多肽链（peptide）对由饱和脂质、不饱和脂质与胆固醇组成的膜内微观畴结构的影响。我们主要考察了肽链的空间分布及其与膜的疏水层厚度之间的失配效应对膜内畴结构的形成以及肽链在脂质畴内的分布的影响。我们发现，与含有可自由移动的肽链的膜相比，在我们的系统中，肽链与膜之间的疏水失配效应对于膜内畴结构的形成以及肽链在脂质畴内的分布的影响更加显著。另外，我们还研究了膜的弯曲与膜内脂质和肽链/蛋白质侧向分布之间的相互影响。结果表明，膜的弯曲能够显著影响到脂质以及肽链/蛋白质的空间排列和肽链的有效形状，从而影响到脂质及肽链/蛋白质在膜内的侧向分布。反之，肽链或蛋白质分子的嵌入又会影响到膜的弯曲。总之，本项目的研究结果提供了细胞膜内微观畴结构的性质和形成机制的一些新的理论观点。