Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • Representative Results
  • Discussion
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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 ....

Protocol

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, ?.......

Representative Results

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.......

Discussion

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.......

Acknowledgements

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).

....

Materials

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

References

  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.

Explore More Articles

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved