Band 3蛋白,又称人体阴离子交换蛋白(Anion Exchanger 1,AE1),是人体红细胞膜上重要的跨膜蛋白,负责介导膜内外Cl-/HCO3~-阴离子的交换,在实现CO2跨膜运输和肺部CO2排出过程中发挥着重要的作用。近些年来,相关研究表明,Band 3蛋白与生物膜之间的相互作用,特别是Band 3蛋白与脂筏(红细胞膜内特殊的微观畴结构)之间的相互作用,对Band 3蛋白的功能有着重要的影响。因此,弄清楚Band3蛋白与脂质微观畴之间相互作用的微观物理机制,对于我们理解Band 3蛋白的阴离子交换功能以及红细胞疾病的治疗都有着重要的意义。目前已有大量的实验以及理论模拟工作对Band 3蛋白与红细胞膜之间的相互作用进行了研究,其中包括Band 3蛋白与红细胞膜模型内各脂质分子之间的相互作用、Band 3蛋白与红细胞膜上其他骨架蛋白的相互作用以及红细胞膜脂筏内Band 3的分布等。这些研究更多关注的是Band 3与均匀、单相膜之间的相互作用。然而,由于真实的红细胞膜由膜蛋白与成分非常复杂的脂质分子组成的,不同脂分子之间会发生相分离,形成不同结构的微观畴,如流体有序(liquid-ordered,Lo)畴和流体无序(liquid-disordered,Ld)畴。然而,由于实验技术的限制,目前很难从实验上观察到这些微观畴的结构,以致于很难从微观的角度理解蛋白与这些微观畴之间的相互作用。此外,理论模拟研究也几乎没有涉及到Band 3蛋白与相分离膜内脂质畴之间相互作用的研究。因此,人们对于Band 3蛋白与红细胞膜内不同畴之间相互作用微观机制的了解还是不够全面和深入。另外,在真实的细胞膜中,除了电中性的磷脂分子,胆固醇和带电的脂分子也占很高的比例,胆固醇以及带电脂分子对脂质畴的结构和性质都具有重要影响,从而可能影响Band 3与脂质畴之间的相互作用。本文采用全原子分子动力学模拟的方法,系统地研究了Band 3蛋白与相分离三组分细胞膜内脂质微观畴之间的相互作用。我们分别构建了三个不同的三组分相分离膜系统,并通过计算Band 3蛋白与不同脂质微观畴之间的接触分数、氢键形成数等,从分子层面上较为详细地揭示了微观畴组分、胆固醇浓度以及静电相互作用对Band 3蛋白与细胞膜内脂质微观畴之间相互作用影响的微观物理机制。本文的研究结果主要包括如下几个方面:(一)、在胆固醇浓度较低的DPPC/DLiPC/CHOL三组分电中性相分离膜中,Band3蛋白与内外膜的脂质微观畴之间存在着不对称的相互作用,从而导致了脂质微观畴内外膜的不对称分布。(二)、在胆固醇浓度较高的DPPC/DLi PC/CHOL三组分电中性相分离膜中,胆固醇对脂质微观畴的尺寸有着显著的影响,而且胆固醇与Band 3之间存在着较强的相互作用但却没有特定相互作用位点。胆固醇与Band 3之间较强的相互作用会显著影响Band 3蛋白结构的稳定性以及脂质微观畴的大小,从而进一步影响了Band 3蛋白和脂质微观畴之间的相互作用,使Band 3更加倾向分布于流体无序畴内。(三)、在含有带负电脂分子DSPS、由DSPS/DLiPC/CHOL组成的三组分相分离膜中,带负电的DSPS头部与Band 3蛋白上带正电的氨基酸残基(赖氨酸和精氨酸)之间的静电作用致使Band 3蛋白与带负电的微观畴之间存在着稳定的接触位点,即两者之间的静电作用主导了Band 3蛋白与脂质微观畴之间的相互作用。本文的研究结果为理解Band 3蛋白在红细胞膜内微观畴中的分布具有一定的理论参考意义。同时,Band 3蛋白与脂质微观畴之间相互作用的研究对于Band 3蛋白阴离子转运功能影响的研究也提供了新的研究思路。