翻转磷脂膜界面的氢键网络结构分子动力学研究*
2021-04-22黎维新潘记四曾宪彪唐国宁
广西物理 2021年4期
关键词:界面
黎维新,潘记四,曾宪彪,唐国宁
(1.广西科技师范学院机械与电气工程学院,广西 来宾 546100;2.广西师范大学物理科学与技术学院,广西 桂林 541004)
1 引言
众所周知,作为生物膜的骨架——磷脂双层膜的稳定性和流动性是一个疏水效应的结果,即磷脂分子为了尽量避免非极性的碳氢链暴露水中[1-3]。生物膜和其关联的界面水分子是有机体的关键成分,这是因为膜界面水分子的动态性质和氢键结构不仅反映了水分子与膜各种成分的相互作用,而且直接影响其机制,反过来调控生物膜的功能活性[4-5],所以生物膜的结构和功能与其水合水分子性质有很大关系。磷脂分子种类很多,主要结构多数是由亲水的头部基团和疏水的碳氢链组成,其中最常见的亲水头部基团是甘油-3-磷酸胆碱的磷脂分子(简称PC)[6]。磷脂分子头部有不同的带电基团与水分子的氢键作用,使得水分子就像被磷脂分子绑定了[7]。研究报道PC 磷脂分子的头部基团周围的水分子主要是与磷酸基团形成强氢键,而胆碱基团的周围存在6-10 个水分子相互作用形成笼型结构[7-9]。分子动力学研究表明磷脂分子的氧原子可以和1-3 个水分子形成氢键。PC 磷脂分子的不同氧原子与周围水分子形成的氢键数存在差异,这与它的氧原子在磷脂膜界面内的位置有关,靠近膜外面的氧原子氢键的数更多一些,氢键寿命短,远离膜界面的氧原子氢键寿命要更长,而且膜内的水分子间的氢键比膜外的体相水分子间的氢键寿命也更长[8,9]。……
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