Сравнительное изучение молекулярной динамики и проницаемости мембранных структур

• Автор: Антонов, Михаил Юрьевич
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 111 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Список сокращений

Введение.

Глава 1. Структура и динамика биомембран.

1.1. Биологические мембраны, строение и функции

1.2. Исследование структуры биологических мембран.

1.3. Динамика липидов.

1.4. Молекулярная динамика

Глава 2. Метод молекулярной динамики

2.1. Силовое поле в методе молекулярной динамики

2.2. Численное интегрирование.

2.3. Контроль температуры и давления
2.4. Ансамбли в молекулярной динамике.
2.5. Неравновесная молекулярная динамика
Глава 3. Сравнительное изучение молекулярной динамики гидратированных мембран различного липидного состава
3.1. Постановка задачи
3.2. Протокол молекулярной динамики.
3.3. Релаксация бислоя
3.4. Флуктуации параметров бислоя.
3.5. Распределения электронной плотности
3.6. Радиальные функции распределения.
3.7. Параметры порядка
3.8. Латеральная диффузия липидов.
Глава 4. Исследование проницаемости мембранных структур для ряда низкомолскулярных лигандов
4.1. Постановка задачи
4.2. Протокол молекулярной динамики.
4.3. Результаты и обсуждение
Благодарности.
Литература


Биологические мембраны являются структурным компонентом живой клетки и представлены поверхностной клеточной, или плазматической и внутриклеточными мембранами митохондриальной, ядерной, лизосомной и др. Толщина мембран составляет около 5 нм. Вследствие достаточно плотной упаковки и большой общей площади, клеточные мембраны могут составлять более половины всей массы клетки без воды. Клеточная мембрана выполняет две основные функции барьерную отделяя внутриклеточный раствор от внеклеточного и структурную в качестве поддерживающей основы для мембранных белков, обеспечивая их правильное расположение и ориентацию. Общепринятым является представление о жидкостномозаичном строении биологической мембраны 1, 2. Основную часть биологических мембран обычно составляют полярные липиды, представленные в массе фосфо и глико липидами. Также встречаются и другие типы полярных и неполярных липидов. Большинство липидов амфифильны, то есть имеют гидрофобные и гидрофильные участки. Примерами таких структур являются мицеллы, везикулы и бислои. Рис. В липидном бислое, составляющем структурную основу клеточных мембран гидрофильные головы липидов обращены к поверхности мембраны, а гидрофобные хвосты из углеводородных цепей остатков жирных кислот направлены внутрь мембраны. В клеточных биомембранах различают наружную и внутреннюю стороны, которые в большинстве случаев имеют неодинаковый состав. Так, например, внутренняя сторона мембраны обычно практически полностью лишена углеводов. Липидный бислой является текучей динамической структурой, в которой молекулы способны двигаться относительно друг друга. В монослое, липиды могут двигаться в его плоскости латеральное перемещение, а также между монослоями флипфлоп переходы. Однако перемещения липидов между монослоями происходят сравнительно редко, что позволяет сохранять различный липидный состав внутренних и внешних монослосв. Молекулы белков в бислое также способны перемещаться латерально в плоскости мембраны. Являясь основным структурным компонентом биологических мембран, молекулы липидов в клетках выполняют и другие важные для жизнедеятельности клетки функции, связанные с переносом сигналов через мембрану, регуляцией активности некоторых ферментов и т. Чъ Ми. Рис. Общее строение биологической мембраны. Рис 3. Структуры двух фосфатидилхолинов наиболее распространенного типа липидов в животных клетках. ДПФХ дипальмигоилфосфатидилхолина и ДМФХ димиристоилфосфатидилхолина. В стабилизации липидного бислоя участвуют силы взаимодействия между липидами и силы взаимодействия полярной части липида с растворителем 4. Липидный бислой может находиться в различных фазовых состояниях 5. В квазикристаллическом состоянии, ацильные цепи липидов расположены под углом близким к прямому по отношению к поверхности мембраны и максимально вытянуты находятся в трансконформации. Переход в жидкокристаллическое состояние приводит к увеличению подвижности ацильных цепей в бислое, узменению их угла наклона и уменьшению плотности упаковки, а также возрастанию латеральной подвижности белков и липидов в бислое 6. Поддержание определенного состояния клеточной мембраны, определяющееся ее текучестью, вязкостью, проницаемостью и другими параметрами необходимо для правильного функционирования многих мембранных белков и жизнедеятельности клетки в целом. Эти физикохимические свойства могут зависеть от температуры среды, липидного состава бислоя, наличия в составе мембраны холестерола, и других параметров. При повышении температуры подвижность липидов в бислое увеличивается, связи между молекулами ослабевают, текучесть мембраны увеличивается. При понижении температуры подвижность липидов уменьшается, а их гидрофобные хвосты образуют жесткую структуру, при этом текучесть мембраны уменьшается 1. Увеличение доли насыщенных липидов в составе мембраны делает бислой более жестким и менее проницаемым, что сопровождается также повышением температуры фазового перехода. Наоборот, наличие в составе бислоя коротких ненасыщенных липидов способствует повышению его текучести и проницаемости, температура фазового перехода при этом падает 1, .