شبيه‌سازي رفتار فاز ليپيدي L_α با استفاده از درشت‌دانه‌سازي سامانمند مولكول dioleoylphosphatidylethanolamine

Simulation of the L_α lipid phase behavior using systematic coarse-graining of dioleoylphosphatidylethanolamine molecule

در ميان انواع مختلف فازهاي ليپيدي، ساختار لايه‌اي از اهميت ويژه‌اي در درك فرآيندهاي مرتبط با غشاي سلولي اعم از همجوشي غشاي ليپيدي برخوردار است. ازاين‌رو تحقيق در مدل‌سازي فاز L_α ليپيدي، بخش قابل‌توجهي از شبيه‌سازي ماكرومولكول‌هاي زيستي را به خود اختصاص داده است. در اين تحقيق از درشت‌دانه‌سازي سامانمند به‌منظور مدل‌سازي فاز لايه‌اي مولكول ليپيد dioleoylphosphatidylethanolamine (DOPE)-1،2 استفاده كرده‌ايم. مدل درشت‌دانه بدون حلال بوده و مولكول ليپيد از 14 دانه تشكيل مي‌شود به‌طوري‌كه انرژي پتانسيل سيستم شامل جملات پيوندي، غير پيوندي و الكتروستاتيك هست. مدل‌سازي از روي شبيه‌سازي اتمي مولكول‌هاي ليپيد در محتواي آبي 44/6 وزني-وزني با استفاده از روش معكوس بولتزمن تكرارشونده و مونت‌كارلو معكوس انجام گرفت. اگرچه همگرايي مناسب در توابع توزيع پيوندي و زاويه‌اي در پايان فرآيند معكوس بولتزمن تكرارشونده حاصل گرديد، اما همگرايي دقيق در توابع توزيع پيچشي و توابع توزيع شعاعي در پايان مونت‌كارلو معكوس بدست آمد. با استفاده از پتاسيل‌هاي حاصله، فاز لايه‌اي L_α در كمتر از 10 نانوثانيه بدست آمد. علاوه بر اين، پتانسيل‌هاي درشت‌دانه قادر به مدل كردن همجوشي چندلايه‌ي ليپيدي و ساختار حد واسط ذرات ليپيدي هستند.

Among the various types of lipid phases, the bilayer structure is of particular importance in understanding the processes associated with cell membranes such as lipid membrane fusion. Hence, the research in modeling of L_α lipid phase has been a significant part of the simulation of bio-macromolecules. In this study, we have exploited the systematic coarse-graining approaches for modeling of the 1,2- dioleoylphosphatidylethanolamine (DOPE) lipid molecule. The implicit solvent coarse-grained model of the lipid molecule is composed of 14 beads so that the potential energy of the system consists terms of bonded, non-bonded, and electrostatic. Constructing the Coarse-grained model was accomplished based on the atomistic simulation of lipid molecules with the water content of 45 %wt using the methods of iterative Boltzmann inversion and inverse Monte Carlo. Although proper convergence in the bond and angle distribution functions was achieved at the end of iterative Boltzmann inversion procedure, the exact convergence in the torsion angle distribution functions and the radial distribution functions was obtained at the end of the Monte Carlo process. Using the obtained results, the lamellar L_α lipid phase was obtained in less than 10 nanoseconds. In addition, the coarse-grained potentials are capable of modeling the lipid multilayer fusion and the intermediate structure of lipidic particles.