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蛋白质在固液界面上的吸附在许多生命科学领域相关的应用中具有广泛的运用。因此,探索蛋白质界面吸附的一般规律对于设计生物相容性更好的医学材料,提高酶的固定化效率和活性,设计响应性更好的生物传感器,以及设计阻抗蛋白吸附能力更强的防污材料等都具有非常重要的意义。本论文采用并行回火蒙特卡罗(PTMC)和分子动力学(MD)模拟相结合的方法,主要研究了细胞色素C(Cyt-c)和疏水蛋白(HFBI)在各种不同性质表面上的吸附取向和构象,同时探索了蛋白质的电偶极、疏水偶极、表面化学组成、表面电荷密度(SCD)、离子类型和离子强度(IS)等因素对蛋白质吸附影响的一般规律。论文的主要内容及要点如下:1.使用PTMC和MD模拟方法,研究了Cyt-c在Au(111)表面的吸附取向和构象。结果表明,Cyt-c与金表面最有利的结合模式与表面增强红外吸收(SEIRA)光谱表征的结果一致。吸附主要依赖于带有较长侧链的残基与表面之间的强范德华作用。吸附使得Cyt-c的螺旋A和Ω1环与表面直接接触,并且大部分α螺旋结构接近平行于表面。吸附过程中,Cyt-c的天然结构得到了较好的保留,只有柔性较大的Ω1环和N-末端残基表现出相对大一些的位置变化。Cyt-c的电子转移受到限制归因于其血红素(heme)辅基的转动受到限制,以及活性中心铁原子距离表面相对较远(约12.9?)。2.使用PTMC和MD模拟相结合的方法,研究了Cyt-c在五种不同表面化学组成的SAMs(CH3-SAM,OH-SAM,NH2-SAM,COOH-SAM和OSO3--SAM)表面的吸附。模拟结果表明,Cyt-c通过其疏水补丁(hydrophobic patch,尤其是Ile81)吸附到CH3-SAM上,之后在表面上有轻微的取向调整;然而它在OH-SAM表面上的吸附相对较弱。即使在相对较高的离子强度下,Cyt-c也不能稳定吸附到7%质子化的NH2-SAM表面上;但是更高的SCD(25%的表面氨基质子化)可以促进其吸附。Cyt-c在不同负电表面上的吸附取向非常相似,与表面化学组成和SCD无关。吸附使得heme辅基靠近表面,同时最长的α-螺旋几乎与表面垂直。当SCD增大时,更多的抗衡离子被吸引到带电的表面上,形成明显的抗衡离子层。在所有的SAMs上,Cyt-c的二级结构都得到了较好的保留。Cyt-c吸附到CH3-SAM和强负电表面导致其失去氧化还原活性的主要原因是heme辅基的重新取向受到限制,以及活性中心铁原子距离表面相对较远。本工作可以为基于Cyt-c的生物传感器的设计以及可控酶固定化提供指导。3.使用MD模拟的方法,研究了Cyt-c在氨基末端自组装单分子膜(NH2-SAM)表面的吸附,并考察了氯离子和磷酸根离子对吸附的影响。模拟结果表明,当溶液中只存在氯离子时,即使在较高离子强度下,Cyt-c都不能稳定吸附到NH2-SAM表面上。但是磷酸根离子却能促进Cyt-c的吸附。在低磷酸根浓度下,Cyt-c在NH2-SAM表面主要以两种相反的取向吸附。一种与实验上表征得到的Cyt-c在NH2-SAMs表面的吸附取向相近,此时heme辅基远离表面。另一种取向与Cyt-c在COOH-SAMs表面的吸附取向一致,此时磷酸根离子在表面附近形成了一个明显的抗衡离子层,它过渡补偿了表面的正电荷。进一步分析表明,氯离子在NH2-SAM表面附近没有明显的聚集倾向,不能屏蔽Cyt-c与表面之间的静电排斥作用。但是磷酸根离子较容易吸附到表面上,并能特异性的与Cyt-c表面上的某些赖氨酸残基相结合,从而介导Cyt-c的吸附。在较高磷酸根浓度下,磷酸根离子和钠离子会聚集形成团簇结构,导致Cyt-c的吸附取向比较随机。4.通过PTMC和MD模拟相结合的方法,研究了HFBI在四种不同性质的SAMs(CH3-SAM,OH-SAM,COOH-SAM和NH2-SAM)表面上的吸附。模拟结果表明,HFBI在中性表面的吸附取向受到疏水偶极的调控。HFBI通过其疏水补丁吸附到疏水性CH3-SAM表面,此时其疏水偶极方向接近垂直于表面。吸附在中性的OH-SAM表面上时,疏水偶极方向接近平行于表面。对于带电表面,HFBI以电偶极方向接近垂直于表面的取向吸附。HFBI在CH3-SAM表面的吸附分布最窄,可以形成一层有序的膜,从而反转表面的润湿性。对于HFBI在带电表面的吸附,其吸附强度随着SCD的增加而降低。与其他表面相比,HFBI吸附到NH2-SAM表面时,其疏水补丁暴露到溶液中的部分最多。因此HFBI在NH2-SAM表面的吸附会增强表面的疏水性,这与实验中观察到的现象一致。HFBI主要通过疏水作用吸附到CH3-SAM表面,而吸附到OH-SAM表面是通过靠近表面的水化层的介导。对于带电表面,吸附主要依赖于带相反电荷的残基与表面之间的静电作用。疏水偶极对蛋白质在疏水表面的吸附具有与电偶极对蛋白质在带电表面的吸附相类似的调控规律。因此,疏水偶极可用于预测蛋白质在疏水表面的大致吸附取向。