原胶原分子间的交联结构拉伸力学特性的量子化学计算模拟
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Quantum mechanics modeling of cross-link between collagen molecules
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    摘要:

    目的了解成骨过程胶原分子组装结构的力学特性;方法采用量子化学计算软件模拟骨I型胶原中的赖氨酸残基-羟赖氨酸残基醛缩交联结构的拉伸力-位移关系。结果模拟结果显示:拉伸力-位移曲线为非线性;初始能量优化后,连接结构分子体系两α碳原子间的起始距离(两端无约束)为10.05?,伸长率达到约130%后,有一个较明显的转折,之后曲线斜率明显高于其前半段;断裂时长度为16.05?;断裂时力值达到最大,为5622pN;断裂发生在羟赖氨酸残基α碳原子和β碳原子间的单键;结论该研究结果为I型胶原分子二元交联结构(bivalentcross-link)的拉伸力学特性提供了一种理论预测,有待实验确证。

    Abstract:

    Objective To investigate the property of collagen molecule assembling during the bone formation whencollagen molecules was excreted by osteoblasts; Methods Quantum Mechanics software Gaussian03 is applied inthe modeling of the stretch force-length curves of the cross-link between tropocollagen. Results The curve obtainedis non-linear , the start distance (energy optimized) of the two α carbon atoms is 10.05 ?. When the length reaches 130%of the start length, be 13.05 ?, an apparent turn appears on the force-length curve. The slope of the curve posterior tothe turn is much greater than that of the anterior; The maximum length is 16.05 ? when fracture take place; The stretchforce reaches the highest value 5622 pN; Break take place between α carbon atom and β carbon atom of the hydroxylysineresidue of the cross-link; Conclusion The mechanical characteristics of the cross-link predicted here by quantummechanics modeling need experimental corroboration.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

钟红刚,马晓慧,袁小龙,王存新.原胶原分子间的交联结构拉伸力学特性的量子化学计算模拟[J].医用生物力学,2006,21(2):120-124

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