Структура

Лаборатория молекулярной динамики


Основные направления исследований:
Применение метода молекулярной динамики для исследования ненасыщенных липидных слоев биологических мембран

     Биологические мембраны состоят из полярных липидов (в основном фосфолипидов) и белков. Фосфолипиды в биомембране чаще всего организованы в виде бислоя, в котором гидрофильные части молекул полярных липидов обращены непосредственно в водную фазу, а гидрофобные (остатки жирных кислот) - образуют ряды параллельных друг другу углеводородных цепей, удерживаемых гидрофобными взаимодействиями. На границе вода - воздух можно получить мономолекулярную мембрану - пленку толщиной в один слой молекул, в которой гидрофильная часть молекул ориентирована в водную фазу, а гидрофобная - в воздух.

     В последние годы активно обсуждается биологическое значение полиненасыщенных липидов, имеющих двойные связи С=С в одной из цепей. В определённых пропорциях такие липиды присутствуют практически во всех видах биологических мембран, а в некоторых даже составляют основу содержания липидной матрицы. Имеется большое число доказательств, что именно моно- и бислои, составленные из полиненасыщенных липидных молекул различных типов играют фундаментальную роль в обеспечении нормального функционирования мембран. В то же время, экспериментальные данные о физических свойствах полиненасыщенных липидов биологических мембран практически отсутствуют. В зачаточном состоянии находятся и теоретические представления о свойствах слоёв, составленных из таких липидов. В этих условиях особое значение приобретают возможности численного моделирования молекулярной динамики липидных слоёв, составленных из полиненасыщенных липидов, представляющее детальную картину системы на атомном уровне.

     Усреднение пространственных конфигураций частиц по траекториям их движения, а также их скоростных и энергетических характеристик позволяет получить информацию о структуре ансамбля частиц и о термодинамических и кинетических свойствах системы, что дает возможность рассчитывать макроскопические свойства молекулярных систем.

     Рассматриваются бислои, составленные из различных модификаций молекул фосфатидилхолина (лецитина) (phosphatidilcholine, PC), являющегося производным sn-глицеро-3-фосфата (L-a-глицерофосфата) и относящегося к классу фосфатидов (фосфоглицеролипидов). Одна из углеводородных цепей образована остатком стеариновой кислоты (С18:0), а другая цепь – остатками разных жирных кислот с различным числом двойных связей С=С:дистеароилфосфатидилхолин (18:0/18:0, с полностью насыщенными цепями), 1-стеароил-2-линоленоилфосфатидилхолин (18:0/18:3(n-3), 3 двойные связи), 1-стеароил-2-докозагексаеноилфосфатидилхолин (18:0/22:6(n-3), 6 двойных связей) и др.

     Элементарная ячейка моделируемого бислоя формируется из двух молекул фосфатидилхолина и 48 молекул воды. Расчетная ячейка содержит 48 таких элементарных ячеек. Периодические граничные условия наложены по всем трем направлениям.

Молекулярная модель бислоя, состоящего из молекул 18:0/18:0
Молекулярная модель бислоя, состоящего из молекул 18:0/22:6(n-3)

     Рассматриваемые модели позволяют рассчитывать различные структурные и динамические характеристики липидных бислоев, такие как параметры порядка, распределения плотностей атомов разных типов вдоль нормали к поверхности слоев и др.