стартовая / работа / проекты / Полноатомные модели мембран

Полноатомные модели мембран

Липидные бислои и мицеллы детергентов

В нашей лаборатории проведена работа по созданию базы данных «равновесных структур» гидратированных бислоев и мицелл различного состава (насыщенные / ненасыщенные липидные молекулы, содержащие нейтральные и анионные полярные головки) (рис. 1). При этом разработаны заново и/или оптимизированы топологические справочники для молекул липидов и детергентов в тяжелоатомных силовых полях с полярными протонами Gromos87/96. Характерный размер систем: 100-200 молекул липидов / ~5-7×10³ молекул воды / 100-200 ионов Na+ (в случае анионных липидов). Мембраны моделировали в жидкокристаллическом состоянии. В процессе МД (10-15 нс) исследуемые системы сохраняют бислойную (или мицеллярную) структуру (рис. 2), а полученные на равновесных участках МД-траекторий (обычно последние 5 нс) значения макроскопических средних (табл. 1) хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Нами изучено влияние заряда полярной головки (Polyansky et al., 2005; J. Phys. Chem), ее химического строения, а также длины и насыщенности ацильных хвостов на структурно-динамическую организацию модельных мембран и мицелл.

Рис. 1. Липидные молекулы, используемые при построении модельных мембран.

Рис. 2. «Равновесные» структуры бислоя ДОФС (слева) и мицеллы ДСН (справа). Липиды и молекулы воды показаны связями, противоионы Na+ — в виде голубых сфер.

Миметики клеточных мембран

Использование смешанных липидных бислоев, имитирующих по составу различные клеточные мембраны, является следующим шагом в повышении реалистичности моделирования пептидов и белков в мембранном окружении. В соответствии с данными о липидном составе и физико-химических свойствах мембран грам отрицательных («Грам–») бактерий и клеток млекопитающих («эритроциты») нами созданы следующие бислойные липидные системы:

• «Эритроциты» — ПОФХ₁₁₄:ПОФЭ₁₁₄:ХОЛ₆₀ (80% ПОФХ+ПОФЭ, 20% ХОЛ в соответствии с липидным составом мембран эритроцитов человека);
• «Грам–» — ПОФЭ₂₀₀:ПОФГ₈₈ (70% ПОФЭ, 30% ПОФГ — в соответствии с липидным составом мембраны E. coli).

Равновесные структуры разработанных модельных систем получены в результате МД (~15 нс) (рис. 3). Уточнение параметров смешанных модельных мембран было проведено на основании сравнения характера упаковки липидов в смеси и в однокомпонентных бислоях.

Рис. 3. Модельные бислойные системы: «Эритроциты» (слева), «Грам–» (справа). Бислои представлены в виде поверхности доступной растворителю (вид сверху). Цветом показаны разные липиды: ПОФХ, ПОФЭ, ПОФГ, ХОЛ.

Разработанные модельные системы активно используются изучения взаимодействия антимикробных пептидов с явно заданными мембранами, имитирующие биологические объекты разного типа (Polyansky et al., 2007, JBCB — in press).

© 2003–2007
batch2k.