Моделирование молекулярной подвижности липидов и проницаемости бислойных мембран

• Автор: Зленко, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 134 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Липидные мембраны, литературный обзор

1.1 Строение липидных структур .

1.1.1 Мембранные липиды.

1.1.2 Воднолипидные смеси.

1.2 Молекулярное моделирование липидных мембран

1.2.1 Параметры молекулярных моделей.

1.2.2 Модели липидных структур.

1.2.3 Исследование взаимодействия липидов

1.2.4 Граница бислойвода

1.2.5 Подвижность липидов
1.2.6 Проницаемость липидных мембран.
1.2.7 Слияние мембран . .
2 Молекулярное моделирование
2.1 Силовое поле и построение модели молекулы липида.
2.2 Метод молекулярной динамики
2.3 Методы оценки латеральной подвижности
2.3.1 Прямой метод оценки
2.3.2 Оценка дисперсии центров масс
2.4 Оценка времен вращательной корреляции
2.5 Построение модели липидной мембраны
2.5.1 Модель жидкокристаллического состояния.
2.5.2 Модель гелевого состояния .
3 Диффузионная подвижность молекул ДСФХ
3.1 Наносскундный временной диапазон.
3.1.1 Автокорреляционный анализ.
3.1.2 Анализ Фурье образов
3.2 Пикосекундный временной диапазон.
3.2.1 Изотропная модель случайных блужданий.
3.2.2 Неизотропная модель случайных блужданий
4 Проницаемость липидных мембран
4.1 Управляемая молекулярная динамика.
4.1.1 Внешняя сила переменной величины
4.1.2 Расчет коэффициентов проницаемости
4.2 Диффузионное сопротивление липидных мембран .
4.2.1 Общие закономерности
4.2.2 Значения коэффициентов проницаемости .
Заключение
Выводы
Литература


В отой главе на основании литературных данных описаны общие сведения о составе и строении липидных мембран, а также дано описание поведения молекул липида в смеси с водой. Во второй части главы освещены основные результаты, полученные для липидных мембран и иных липидных структур методами молекулярного моделирования. Поскольку экспериментальное исследование строения липидных мембран не является основной темой настоящей работы, то для освещения химического состава липидных мембран и общих принципов организации воднолипидных смесей были использованы три классических источника 79. В тех случаях, когда приведенные данные были взяты из дополнительных источников, приводятся соответствующие ссылки. Липидные бислойные мембраны состоят из амфифилытых молекул липида, уложенных в два слоя, каждый из которых называют моиослоем. Молекулы липида, имеют сильно вытянутую форму и состоят из двух различных по своим свойствам частей гидрофобной и гидрофильной. В каждом монослое молекулы липида уложены таким образом, что их длинные оси параллельны друг другу и перпендикулярны плоскости липидной мембраны. Химическое строение молекул липида крайне разнообразно, поэтому ниже дан краткий обзор основных их типов. Рис. Схематическое изображение наружной клеточной мембраны клетки млекопитающего. Показаны фосфолипиды, сфинголипиды и холестерол, а также мембранные белки. Таблица 1. Жирные кислоты, встречающиеся в составе молекул липида. Чаще всего встречаются молекулы липида построенные вокруг молекулы глицерола, к каждой из гидроксильных групп которого присоединены эфирной связью заместители различные заместители. В том случае если и третье положение занято остатком жирной кислоты, то молекулу называют триглицеридом. Эти соединения полностью гидрофобны, поэтому они не участвуют в образовании мембран, а собираются в липидные капли, служащие для запасания энергии. В молекулах мембранных липидов кислород в третьем положении молекулы глицерола связан с полярной группой. Рис. Строение основных глицеролипидов фосфо и гиколипидов. СНСНХДСНзХч КОСОСН О I 1. Как правило остаток фосфорной кргслоты присоединен к третьему атому углерода, однако у архебактерий он присоединен к первому атому углерода фосфолипиды архебактерий имеют инвертированное строение. Фосфорная кислота связанна эфирной с какойлибо гидрофильной молекулой, определяющей свойства головки липида. Например, с положительно заряженным холином или нейтральным остатком ссрина. В том случае, если к остатку фосфорной кислоты ничего не присоединено, липид называют фосфатидной фосфатидовой кислотой. Она является важным вторичным сигнальным веществом в каскадах передачи сигналов в клетках млекопитающих 7, а также является предшественником всех остальных фосфолипидов. Отметим, что в мембранах высших животных преобладает нейтральный фосфатидилхолин до от суммарной фракции фосфолипидов, в то время как в бактериальных мембранах в основном содержится отрицательно зараженный фосфатидилглицсрол, а фосфатидилхолина нет вовсе. В связи с этим иммунная система высших животных в процессе эволюции приобрела способность выявлять отрицательно зараженные мембраны и уничтожать их обладателей, фактически отождествляя их с бактериями. Поэтому содержащийся в плазматических мембранах, в том числе и клеток млекопитающих, отрицательно заряженный фосфатидилсерин располагается исключительно во внутреннем монослое. А его появление снаружи служит признаком многих серьезных нарушений клеточной физиологии и влечет за собой атаку со стороны иммунной системы и гибель клетки. Интересным представителем этой группы липидов является кардиолипин или дифосфатидилглицерин, представляющий собой две молекулы фосфатидной кислоты, соединенные друг с другом молекулой глицерола. Этот липид характерен для внутренних мембран хлоропластов и митохондрий, а также некоторых других бактериальных мембран, но не встречается в собственных мембранах эукариотических клеток. Гликоглицеролипиды или гликолипиды похожи строением на фосфолипиды, но вместо остатка фосфорной кислоты в состав молекулы входит углевод рис.