¿Qué modelos de biomembrana se utilizan para realizar computacionalmente diversas interacciones fisicoquímicas?

Se elige un modelo de membrana basado en las propiedades fisicoquímicas del interés investigativo.

Nota: esta publicación está restringida a campos de fuerza de CG de lípidos (FF).

Hay demasiados CG FF. Aquí es cómo eliges uno:

  • Identifica el objetivo de tu trabajo y las propiedades biofísicas de interés
  • Estime las fuerzas impulsoras esenciales involucradas
  • Encuentre un modelo de CG que tenga en cuenta las funciones de campo de fuerza requeridas / fuerzas motrices
  • Si no puede, cree su propio modelo CG (no tan simple como suena) **

“¿Cómo difieren entre sí y cuándo se prefiere un modelo a otros?”

  • Hay demasiados modelos, algunos son extremadamente simplistas, algunos no justifican el uso de solventes, otros usan una dinámica rígida del cuerpo / diferentes funciones del campo de fuerza (LJ / Gay-Berne), algunos explican un solvente simplificado, etc. .
  • Permítanme dar más detalles comparando 2 modelos CG:

CG modelo 1: MARTINI FF [El campo de fuerza MARTINI: modelo de grano grueso para simulaciones biomoleculares]
Fácilmente, el modelo CG más utilizado para simulaciones de membrana (y proteína).
MARTINI sigue un mapeo 4: 1, es decir, (casi) cada 4 átomos es de grano grueso en un solo cordón. El grupo también desarrolló un cordón de agua mapeado 4: 1. El FF está parametrizado para reproducir la energía libre de partición entre las fases polares y apolares. Usando este modelo, pudieron reproducir con éxito varias propiedades estructurales de una bicapa lipídica y algunas dinámicas también. Han modelado alrededor de 15 tipos diferentes de lípidos usando el mismo esquema.

Características : fácil de usar, extremadamente rápido debido a la cartografía 4: 1, falta de interacciones electrostáticas clave, no tiene en cuenta los enlaces de hidrógeno, el orden de la cola de lípidos no está parametrizado bien, la opción de múltiples lípidos.

CG modelo 2: un modelo de lípidos más cuantitativo [Un modelo cuantitativo de grano grueso para bicapas de lípidos]
Este artículo describe un modelo para dimiristoilfosfatidilcolina (DMPC), 118 átomos se reduce a 10 perlas. Los grupos éster de glicerol de los fosfolípidos están incrustados con un dipolo puntual para tener en cuenta las interacciones dipolares o la distribución de carga en esta región. Por lo tanto, este modelo tiene una representación más realista de la electrostática en el sistema. También usan un modelo de agua dipolar como disolvente [Potencial de dipolo adhesivo blando para agua líquida: un nuevo modelo]

Características : cálculos más costosos, dinámica más lenta, pero una mejor representación de la electrostática en el sistema, pueden explorar el papel de los grupos éster y sus interacciones en diferentes procesos, pueden explorar mejor el papel de las interacciones lípido-disolvente / ordenamiento del agua, etc.

Como puede ver, ambos tienen características muy diferentes. Dependiendo del objetivo del estudio, uno u otro serían elegidos. Por ejemplo, MARTINI sería una mejor opción para estudiar el efecto estructural del colesterol en las bicapas de fosfolípidos, y el modelo de dipolo sería una mejor opción para estudiar el papel de las interacciones dipolares en PC en presencia de diferentes iones.


“¿Cómo difieren los modelos entre orgánulos (membrana celular, membrana nuclear)?”
Los modelos no difieren, las composiciones lipídicas son diferentes. Por ejemplo, E. coli tiene una composición lipídica diferente frente a la membrana celular. [MI. membrana externa de coli e interacciones con OmpLA.]. Puedo usar el mismo esquema de modelado para representar diferentes lípidos, por ejemplo, diferentes composiciones de membrana.

“¿Cómo se tienen en cuenta los efectos ambientales (como la presencia de colesterol )?”
El colesterol es un lípido, para estudiar el efecto del colesterol, uno podría simular una bicapa con diferentes concentraciones de colesterol y examinar los cambios en las propiedades bicapa estructurales y dinámicas. En general, para tener en cuenta el medio ambiente, se utiliza un modelo para el disolvente (agua / benceno / hexadecano, etc.). El disolvente también se puede representar implícitamente como un medio dieléctrico continuo. Las simulaciones implícitas son mucho, mucho más rápidas, pero tienen una serie de inconvenientes.

** muchos laboratorios inicialmente deciden el tipo de trabajo que quieren hacer y construyen sus propios CG FF, que mejoran a lo largo de los años
*** Berend Smit ha sido uno de los pioneros en desarrollar CG FF para lípidos. (Simulaciones por computadora de una interfaz agua / aceite en presencia de micelas)