考虑排除体积效应和溶剂效应的生物大分子过孔理论模型研究-论文-万方医学网

考虑排除体积效应和溶剂效应的生物大分子过孔理论模型研究

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摘要生物大分子穿越纳米孔在许多生物系统中是一种重要的生物现象，如病毒基因组(viralgenome)的输运，核糖核酸(RNA)穿越核孔复合物(nuclear pore complex)，蛋白质(protein)穿越线粒体(mitochondria)以及药物分子进入细胞核。<br>　　将电解液中的离子视为离散粒子，基于Poisson方程、Fokker-Planck方程以及Navier-Stokse方程，建立了电渗流驱动生物大分子穿越充满电解液纳米孔的理论模型。将生物大分子视为一自避行走链(self-avoiding chain)，采用自洽场理论，对外势场驱动自避行走链穿越纳米孔的输运过程进行了研究。建立的理论模型同时考虑了外电势差，电解液带电离子的Coulomb静电势（电解液效应），纳米孔吸引势和链段间相互作用势（排除体积效应）对生物大分子穿越过程自由能以及构型熵的影响。模拟结果表明，在相同条件下，生物大分子在高电价电解质溶液中熵垒大于低电价电解质溶液中的熵垒，从而导致在高电价电解质溶液中生物大分子穿越时间远慢于在低电价电解质溶液中的穿越时间。此外，纳米孔的吸引势增大了生物大分子的自由能，这能增加穿越成功的概率。平均穿越时间随着排除体积效应的增大而减小。而电解液效应将延长平均穿越时间。