МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ МОЛЕКУЛ НЕНАСЫЩЕННЫХ ПОЛЯРНЫХ ЛИПИДОВ, МОНО- И БИСЛОЕВ
Рабинович А. Л., Рипатти П. О., Балабаев Н. К., Корнилов В. В.
Инcтитyт биoлoгии Kapeльcкoгo нayчнoгo цeнтpa РАН, 185610 Петрозаводск; *Институт математических проблем биологии РАН, 142292 Пущино
В настоящей работе проведено
молекулярно-динамическое моделирование полярных диацилглицеролипидов
18:0/18:0, 18:0/18:1(n-9)cis, 18:0/18:2(n-6)cis, 18:0/18:3(n-3)cis,
18:0/20:4(n-6)cis и 18:0/22:6(n-3)cis в изолированном состоянии,
а также в монослоях и бислоях, с целью изучения зависимости свойств
разных мембранных систем от структуры и ненасыщенности молекул.
Энергию липидных слоев вычисляли как сумму энергий отдельных молекул,
межмолекулярной энергии и энергии взаимодействия всех атомов с
поверхностью монослоя. При расчете энергии отдельной молекулы
учитывали энергию валентных связей, валентных углов, невалентных
взаимодействий, торсионных углов, неплоских отклонений атомов,
примыкающих к двойным связям C=C и группе C-O. Углеводородные
цепи каждой из молекул воспроизводили строго, головную группу
(в положении 3 глицерина) аппроксимировали эффективным атомом.
Релаксацию проводили в течение ~50 пс для каждой отдельной молекулы
и ~300 пс для каждого слоя, длина траекторий соответственно 15
нс и 1 нс, шаг интегрирования 0,001 пс. Для каждой молекулы в
изолированном состоянии и в слое вычислены совокупности функций
распределения расстояний между парами атомов C, расположенных
в разных углеводородных цепях молекулы и имеющих в них одинаковые
порядковые номера с 1-го по 18-й, и совокупности функций распределения
углов, образованных этими парами атомов и вершиной на атоме углерода
2 глицерина. Характер указанных функций распределения одной и
той же липидной молекулы отражает степень корреляции конформационных
изменений разных участков двух ее цепей в разных условиях; различия
в одноименных функциях распределения разных молекул выявляют зависимость
конформационного поведения от структурных особенностей молекул;
разница между функциями распределения молекулы в свободном состоянии
и таковыми в слое характеризует влияние на ее поведение ламеллярной
организации мембраны. Получены данные о локальной подвижности
фрагментов цепей, структурных и динамических корреляциях в молекулах.
Функции распределения, соответствующие атомам углерода, расположенным
во втором положении обеих цепей ацилов, оказались бимодальными,
а положения их максимумов - одинаковыми для всех исследованных
молекул. Характеристики претерпевают значительные изменения при
переходе от свободных молекул к слоям. Построены функции распределения
плотности атомов разных типов вдоль нормали к поверхности слоев.
Результаты расчетов сопоставлены с имеющимися экспериментальными
данными. Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект № 97-04-48247).