Pairing of biologically relevant ions in aqueous solutions

Abstract

Not accounting for the electronic polarizability due to divalent ions such as Ca2+ introduces a significant artifacts to force field-based molecular dynamic simulations of biological systems. Two newly developed parameter refinements were used to compute the free energy profile of the Ca2+ -Cl- ion dissociation in aqueous solutions, to be compared with a free energy profile obtained from ab-intio molecular dynamics and to data from neutron scattering. Next, the computational evidence for the existence of a local free energy min- imum representing a guanidinium-guanidinium contact ion pair in aqueous solu- tions is provided suggesting a global preference for a contact ion pair. Finally, the passive membrane penetration mechanism of oligoarginines was investigated on a cell membrane model systems - lipid vesicles - by fluorescent spectroscopy. In this study, a mechanistic link between membrane penetration and vesicle aggregation and fusion was found. 1

Významné artefakty vnáša do molekulovo-dynamických simulácií biologických systémov nezah'rňanie elektónovej polarizability divalentných iontov, ako napríklad Ca2+ , do silových polí. Dve novo-vyvinuté úpravy parametrov silových polí boli použité na výpočet profilov voľnej energie iontovej disociácie Ca2+ -Cl- vo vodnom prostredí na porovnanie s profilmi voľnej energie získanými pomocou ab-initio molekulovej dynamiky a z experimentálnych dát neutrónového rozptylu. Ďalej bol nasimulovaný dôkaz existencie lokálneho minima voľnej energie kon- taktného iontového páru dvojice guanidínium-guanidínium vo vodnom prostredí. Výsledné profily naznačujú celkovú preferenciu kontaktného iontového páru. Nakniec sme skúmali pasívny mechanizmus prechodu oligoarginínov cez mode- lové sytémy bunkovej membrány - lipidové vačky - metódami fluorescenčnej spek- troskopie. V rámci tohto projektu sme objavili prepojenie medzi membránovým prechodom a agregáciou a zlučovaním lipidových vačkov. 1