Development and testing of computer models of phospholipid membranes

Abstract

Simulace molekulární dynamiky mohou poskytnout detailní informace o biologických systémech. Nicméně klasická silová pole, která nezohledňují elektronovou polarizaci atomů, nejsou schopná dostatečně přesně reprodukovat interakce mezi biologickými membránami a nabitými částicemi, jako jsou ionty. V této práci zahrneme efekt chybějící elektronové polarizace do silového pole CHARMM36 pro fosfatidylcholin- ové lipidy. Tato implementace bude provedena pomocí aproximace středního pole za využití modelu elektronového kontinua (ECC). Správnou sílu interakcí mezi ionty a membránou odvozujeme na základě tzv. konceptu elektrometru, který dává do sou- vislosti změnu v parametrech uspořádání v cholinové části lipidů s množstvím náboje, který je přítomen na povrchu membrány. Klíčová slova: fosfatidylcholin, vápenaté ionty, sodné ionty, model elektronového kon- tinua, koncept elektrometru . Práce je anglicky 1

Molecular dynamics simulations are an important tool for the study of biological systems, such as biomembranes. The missing electronic polarization in classical non- polarizable force fields, however, produces significant inaccuracies in the interactions of membranes with charged particles, such as ions. In this work, we implement the missing electronic polarization effects into CHARMM36 force field for phospatidylcholine lipids. This implementation is done in the mean field way by using electronic continuum correction (ECC) model. We will validate the strength of ion-membrane interactions using the electrometer concept. This concept connects the response of choline order parameters of lipid molecules with the amount of charge present in the surface of the membrane. Keywords: phosphatydylcholine, calcium ions, sodium ions, electronic continuum cor- rection, electrometer concept 1