双价阳离子对生物水在脂质膜间扩散动力学的影响

生物水是含有单价和双价离子的离子溶液。然而，双价离子对生物水动力学的影响仍鲁然未知。本文通过分子动力学模拟和生物水的广义传输方程，研究了钙离子（Ca2+）和镁离子（Mg2+）浓度对生物水在脂质膜之间纳米约束扩散动力学的影响。我们发现，生物水的扩散系数随 Ca2+ 离子浓度单调增加，但对 Mg2+ 浓度呈现明显的相反且非单调依赖。水分子位移分布偏离高斯分布的程度也显示出对 Mg2+ 和 Ca2+ 浓度的不同依赖。这一差异性行为源于这些双价离子的不同水合半径，以及其对生物水界面结构和动力学的不同影响。侧向位移分布向高斯分布的松弛由扩散系数波动的时间相关函数决定，其松弛时间随盐浓度的增加而增大。侧向扩散系数的主要波动来源是沿纵向方向水分子的热运动，在该方向上，围绕水分子的微观环境，包括脂质膜的功能基团和离子浓度，会发生巨大变化。