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摘要短杆菌肽A(GramicidinA)是短芽孢杆菌产生的由15个交替的L-氨基酸和D-氨基酸组成的一种线状抗菌肽。在细胞膜中，短杆菌肽A可以形成双链缠绕的螺旋结构，或者头对头的单链螺旋二聚体结构，这取决于短杆菌肽A插入脂质双分子层之前溶解的溶剂性质。其中，后一种结构具有较大的半径，单价阳离子可以较容易通过，具有较好的离子输运功能。相反，双链螺旋短杆菌肽A则由于半径较小，离子不容易通过，不具有离子输运功能。短杆菌肽A因其简单的结构，成为了研究真实细胞质膜中离子通道的构象、动力学和生理功能的理想模型。同时，短杆菌肽A也是研究蛋白与离子相互作用的最佳模型系统之一。由于其结构的不稳定性，短杆菌肽A通道的结构与功能很容易受到周围环境的影响。相关实验表明，在含有胆固醇的红细胞膜内，短杆菌肽A通道的离子输运功能将失去活性，而且失活的速率依赖于膜胆固醇的含量。另外，带电的脂分子对短杆菌肽A通道的离子输运功能也具有明显的调节作用。然而，胆固醇和带电脂分子影响短杆菌肽A通道结构与离子输运功能的微观机制仍然不是十分清楚。<br>　　本文采用全原子分子动力学模拟的方法，系统地研究了胆固醇(Cholesterol，CHOL)和带电脂分子对短杆菌肽A通道结构与离子输运功能的影响，从动力学和热力学两个不同的角度揭示胆固醇和带电脂分子影响短杆菌肽A通道结构与离子输运功能的微观物理机制。<br>　　首先，本文研究了胆固醇对短杆菌肽A通道结构与离子输运功能的影响。通过对比组分分别为1,2-二肉豆蔻酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱(1,2-Dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine，DMPC)、DMPC/CHOL(8∶2)和DMPC/CHOL(6∶4)的电中性的脂质双分子层内钾离子与短杆菌肽A通道之间的相互作用，发现在动力学上钾离子在包含较高浓度的胆固醇的脂质双分子层中不易与短杆菌肽A通道相结合，并且在高胆固醇浓度的脂质双分子层中短杆菌肽A通道会发生变形。但在热力学上，钾离子在浓度较高的胆固醇系统中更容易在短杆菌肽A通道转运。我们揭示了胆固醇可以通过增加脂质双分子层的厚度，来增强短杆菌肽A与脂质双分子层疏水厚度的不匹配。因此，胆固醇导致的短杆菌肽A与脂质双分子层间疏水错配的增强和短杆菌肽A形变共同影响了离子与通道的结合。<br>　　其次，本文研究了带负电的脂质磷脂酰丝氨酸(Phosphatidylserine，POPS)对短杆菌肽A通道离子输运功能的影响，通过建立由DMPC、胆固醇、POPS三种脂质组成的比例为6∶2∶2的三元脂质双分子层，与电中性的DMPC和DMPC/CHOL(8∶2)膜内钾离子与短杆菌肽A通道之间相互作用对比，我们发现在20mol%POPS的膜内钾离子与短杆菌肽A通道更容易结合。同时POPS脂质与短杆菌肽A通道相互接触的次数增加，阻碍胆固醇与短杆菌肽A的接触。带负电脂质与短杆菌肽A通道接触次数的增加会吸引正电荷的钾离子聚集在通道附近，从而增加钾离子在通道中的结合率。<br>　　本文的研究结果为理解完整细胞质膜中胆固醇和带电脂分子对短杆菌肽A通道结构与离子输运功能的影响提供了一些分子层面上的见解。