Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.

В этой статье

  • Резюме
  • Аннотация
  • Введение
  • протокол
  • Результаты
  • Обсуждение
  • Раскрытие информации
  • Благодарности
  • Материалы
  • Ссылки
  • Перепечатки и разрешения

Резюме

Липидное разнообразие мембран по структуре и составу является важным фактором, влияющим на клеточные процессы, и может быть маркером заболевания. Молекулярно-динамическое моделирование позволяет изучать мембраны и их взаимодействие с биомолекулами с атомистическим разрешением. Здесь мы предоставляем протокол для создания, запуска и анализа сложных мембранных систем.

Аннотация

Липиды являются структурными строительными блоками клеточных мембран; Виды липидов различаются в разных клеточных органеллах и в разных организмах. Это разнообразие приводит к различным механическим и структурным свойствам мембраны, которые непосредственно влияют на молекулы и процессы, происходящие на этой границе. Липидный состав динамичен и может служить для модуляции клеточных сигнальных процессов. Вычислительные подходы все чаще используются для прогнозирования взаимодействий между биомолекулами и получения молекулярной информации для экспериментальных наблюдений. Молекулярная динамика (МД) — это метод, основанный на статистической механике, который предсказывает движение атомов на основе сил, которые на них действуют. МД-моделирование может быть использовано для характеристики взаимодействия биомолекул. Здесь мы кратко представим технику, опишем практические шаги для начинающих, заинтересованных в моделировании липидных бислоев, продемонстрируем протокол с помощью программного обеспечения, удобного для начинающих, и обсудим альтернативы, проблемы и важные соображения процесса. В частности, мы подчеркиваем актуальность использования сложных липидных смесей для моделирования интересующей клеточной мембраны для захвата соответствующих гидрофобных и механических сред при моделировании. Мы также обсудим некоторые примеры, когда состав и свойства мембраны модулируют взаимодействие бислоев с другими биомолекулами.

Введение

Липиды являются основными компонентами мембран, которые обеспечивают границы для клеток и обеспечивают внутриклеточную компартментализацию 1,2,3. Липиды амфифильные, с полярной головной группой и двумя гидрофобными хвостами жирных кислот; Они самоорганизуются в бислой, чтобы свести к минимуму контакт гидрофобных цепей с водой 3,4. Различные комбинации гидрофильных головных групп и гидрофобных хвостов приводят к образованию различных классов липидов в биологических мембранах, таких как глицерофосфолипиды, сфинголипиды ....

протокол

1. Построение координат системы

  1. Перейдите в CHARMM-GUI.org (C-GUI) с помощью веб-браузера. В верхнем меню перейдите в раздел Генератор входных данных, затем выберите Membrane Builder из вертикальных опций в левой части экрана.
  2. Чтобы создать двухслойный элемент, выберите Bilayer Builder.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Новые пользователи должны активировать свою бесплатную учетную запись перед созданием своего первого набора координат.
  3. Выберите Только мембранная система. Сохраните сгенерированный идентификатор задания, чтобы получить систему и при необходимости продолжить ....

Результаты

Для иллюстрации использования протокола и результатов, которые могут быть получены, обсуждается сравнительное исследование мембранных моделей эндоплазматического ретикулума (ЭР). В этом исследовании использовались две модели: (i) модель PI, которая содержит четыре основных вида липидо.......

Обсуждение

Экспериментальные методы позволяют визуализировать биомолекулы с высоким разрешением с помощью криоэлектронной микроскопии (крио-ЭМ)58, флуоресцентных методов и атомно-силовой микроскопии (АСМ)59. Тем не менее, сложно уловить взаимодействие и динамику молекул.......

Раскрытие информации

У авторов нет конкурирующих интересов, которые они могли бы раскрыть.

Благодарности

Авторы благодарят Цзиньхуэй Ли (Jinhui Li) и Рикардо Х. Рамиреса (Ricardo X. Ramirez) за их моделирование траекторий и дискуссии во время написания этой статьи. O.C. был поддержан Президентской стипендией Университета в Буффало и грантом 1T32GM144920-01 Национального института здравоохранения по максимальному развитию студентов, присужденным Маргарите Л. Дубокович (PI).

....

Материалы

NameCompanyCatalog NumberComments
Anaconda3Anaconda Inc (Python & related libraries)N/A
CHARMM-GUI.orgIm lab, Lehigh UniversityN/A
GROMACSGROMACS development teamN/A
Linux HPC ClusterUB CCRN/A
MATLABMathWorksN/A
VMDTheoretical and Computational Biophysics GroupN/A

Ссылки

  1. Vanni, S., Riccardi, L., Palermo, G., De Vivo, M. Structure and Dynamics of the Acyl Chains in the Membrane Trafficking and Enzymatic Processing of Lipids. Accounts of Chemical Research. 52 (11), 3087-3096 (2019).
  2. Harayama, T., Riezman, H.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи

Запросить разрешение

Смотреть дополнительные статьи

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Исследования

Образование

О JoVE

Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены