Моделирование динамики монослоев полиненасыщенных липидов

• Автор: Корнилов, Василий Вячеславович
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Пущино
• Количество страниц: 159 с. : ил.

1.1. Молекулярные компоненты биологических мембран.

1.2. Структурная организация биомембран

1.3. Физикохимические свойства биомембран.

1.4. Роль ненасыщенных липидов в функционировании биомембран.

1.5. Экспериментальные методы изучения биомембран

1.6. Методы компьютерного моделирования молекулярных систем

1.7. Применение компьютерного моделирования для изучения свойств фосфолипидных слоев

Глава 2. Модель и постановка вычислительных экспериментов. .

2.1. Модель монослоя.

2.2. Энергия липидного монослоя

2.3. Постановка численных расчтов.

Глава 3. Результаты и их обсуждение
3.1. Динамические характеристики монослов.
3.2. Параметры порядка связей
3.3. Ориентационные функции распределения связей.
3.4. Распределение плотности атомов в монослоях.
3.5. Латеральная подвижность молекул диацилглицеролипидов.
3.6. Зависимости поверхностного давления от площади молекулы
3.7. Температурные зависимости характеристик липидов разной степени ненасышенности
Выводы
Приложение 1. Параметры потенциальных функций энергии монослоя диацилглицеролипидов
Введение


Существование биологических мембран определяется уникальной способностью амфифильных молекул липидов спонтанно образовывать в воде различные структуры, в том числе молекулярные бислои, состоящие из внутренней гидрофобной области и гидрофильных поверхностей. При физиологических условиях эти бислои находятся в жидкокристаллическом состоянии 3, 8. Именно липидные бислои являются основным структурообразующим компонентом биомембран и, вместе с тем, сценой для протекания различных биохимических процессов. Успешное осуществление мембранами их многообразных функций подразумевает существование у липидного бислоя ряда уникальных свойств, одновременно прочности и лабильности, хорошей проницаемости для одних веществ и почти полной непроницаемости для других, относительного постоянства состава и способности к адаптации при изменении внешних условий 4, . В настоящей главе рассматриваются структура, физические свойства и функции биологических мембран и их компонентов, затрагиваются проблемы липидбелковых взаимодействий и температурной адаптации биомембран и обсуждается роль полиненасыщенных липидов в обеспечении нормального функционирования мембран. Приведн краткий обзор экспериментальных и теоретических методов изучения биомембран и их компонентов, общий обзор метода молекулярной динамики МД, а также приведен обзор публикаций по МД моделированию липидных слов. Молекулярные компоненты биологических мембран. Биологические мембраны состоят в основном из белков, липидов и углеводов 8. Наиболее распространенными липидами биомембран являются глицерофосфолипиды, имеющие два основных компонента с различными физикохимическими свойствами в этих липидах одна из гидроксильных групп глицерина связана со сравнительно небольшой полярной заряженной группой, содержащей фосфат, и являющейся гидрофильной, а две другие с длинными углеводородные цепями гидрофобными незаряженными остатками жирных кислот 2, 7, 8. Номенклатура глицерофосфолипидов основана на системе стереоспецифической нумерации ялсистема. Если глицерин изобразить в проекции Фишера так, что его центральная ОНгруппа будет расположена слева, то соединнный с ней атом углерода помечают номером С2, атом углерода выше С2 обозначают как С1, а ниже С3 рис. В название глицерофосфолипида при этом вводят приставку ял для обозначения положения заместителя. Фосфатная группа у большинства фосфоглицеридов находится в ял3положении глицерина рис. Глицерофосфолипиды могут рассматриваться как производные фосфатидной кислоты рис. Находящиеся в положениях ял1 и ял2 углеводородные цепи могут значительно различаться по длине, разветвлнности и степени ненасыщенности 8,
,2диацилфосфоглицеролипиды или фосфолипиды рис. ГХЯллллллЛ. С1Н . Рис. Структуры а глицерина, б глицерофосфата, в фосфатидной глицерофосфорной кислоты и г глицерофосфолипнда. Холин азотсодержащее, несущее положительный заряд основание, связан эфирной связью с радикалом фосфорной кислоты, что обеспечивает фосфатидилхолину сбалансированность электрических зарядов. Жирные кислоты, входящие в состав фосфолипидов биологических мембран, почти всегда содержат чтное число атомов углерода в пределах от до . В природных фосфолипидах в 1м положении глицерина ал7, как правило, обнаруживаются насыщенные не содержащие двойных связей цепи жирных кислот, а во 2м л2 могут располагаться как насыщенные, так и ненасыщенные, т. В биомембранах наиболее широко распространены пальмитиновая 0, стеариновая 0, олеиновая 1 п9с1з, линолевая 2п6с1з, линоленовая 3п3аз, арахидоновая 4п6с1з и докозагексаеновая 6п3с1б жирнокислотные цепи . В использованном обозначении вида тпу число т есть количество углеродных атомов в цепи, х количество двойных связей, а запись пу означает, что первую двойную связь в цепи образует атом углерода номер у, считая от концевой метильной группы углеводородной цепи с1я конфигурация двойной связи. Все двойные связи, как правило, являются несопряжнными метиленпрерывающимися, т. СНг. Большинство биологических мембран содержит большое число различных белков, молекулярная масса которых колеблется от 0 до . Рис. Примеры структур молекул фосфатилилхо. Афосфамдилхолнн п3сх справа, объемная модель. Углерод С зеленый.