Fosfolipid dan Kolesterol merupakan komponen penting dari membran sel. Mereka memainkan peran tak terpisahkan dalam transpor sel, transmisi sinyal, dan metabolisme biologi. Tapi apa interaksi mereka? Dalam peninjauan literatur ini, kami akan membagikan artikel pada analisis interaksi antara fosholipid dan kolesterol (CHOL) dengan dua sarana: simulasi penyebar dan dinamika molekul. Kami berharap bahwa ia tidak hanya akan meningkatkan pemahaman kami tentang struktur membran sel, tetapi juga menghadirkan inspirasi pada pengembangan lipoom dan GPU nanopartikel.

Abstrak:

Kolesterol Interaksi antara kolesterol dan fosfolipid ditentukan dengan mengombinasikan penyebar neutrase bersudut kecil (SANS), penyebar sinar X sudut kecil (saksofon), dan odinamika molekul (MD) simulasi dari keseluruhan atom.

Pemodel: model distribusi kepadatan pemikat terdiri dari kolesterol dan lemak eter dibuat, dan parameter struktural dari berbagai membran dua lapis diperoleh.

Simulasi: simulasi dinamika molekul dengan kendala area permukaan dilakukan dan data eksperimentalnya diredupkan. Pendekatan analitik iteratif ini memberikan kesepakatan yang baik antara struktur eksperimental dan simulasi, dan interaksi molekul antara kolesterol dan fosfolipid lebih diverifikasi oleh simulasi MD.

Catatan: · Pada kehadiran eher berwarna, grup hidroksil (-OH) dari kolesterol terutama membentuk ikatan hidrogen dengan grup fosfat pada kepala fosfolipid. Pada kehadiran fosfolipid, grup hidroksiil membentuk ikatan hidrogen dengan grup karbonil pada rantai lemak fosfolipid. Singkatnya, kolesterol bergerak lebih dekat dengan permukaan dua lapis saat fisiologis eter hadir dan mendorong dehidrasi kelompok fosfat di kepala. Selain itu, distribusi kepadatan spasial tiga dimensi di sekitar kolesterol menunjukkan bahwa ia mengalami kemasan rantai anisotropik, yang menghasilkan kemiringan kolesterol.

1. Struktur molekul dari fosfolipid dan lemak eter

Metode eksperimental

Material:

Fig. 2. Struktur molekul cheolesterol (CHOL) dan dihexadecylphosphatidylcholine (DHPC)

Model yang dibangun adalah sebuah lapisan Polipropilena yang terdiri dari kolesterol (CHOL) dan dihexadecylphosphatidylcholine (DHPC). Gambar atom dari model distribusi kepadatan taburan (SDP) terlebih dahulu diperoleh oleh simulasi MD tanpa Menerapkan ketegangan permukaan, kemudian parameter struktural yang berbeda (area dophobic, ketebalan lapisan hidrofobik bilayer, dan sebagainya) ditentukan, dan model kemudian dioptimalkan dengan menganalisis data eksperimentalnya. Simulasi MD dilakukan pada tegangan permukaan pada tahap terakhir, dan interaksi molekul antara kolesterol dan lemak yang berbeda dianalisis lebih lanjut dengan membandingkan hasil simulasi dengan hasil uji.

• Taburan netral sudut kecil:

Pengujian Neutron dilakukan menggunakan sumber Neutron (SNS) yang tersebar BL-6 EQ-SANS di Oak Ridge National Laboratory. Total vektor taburan Q (0.03 < Q < 0.8 baskom^-1) Dihitung menggunakan detektor pada berbagai waVelengths (2.5-6.0 baskom), dengan jarak dari detektor hingga sampel 2.0 m. Menggunakan perangkat lunak yang disediakan oleh SNS untuk koreksi dan pengurang kebisingan, intensitas satu dimensi (1D) diperoleh oleh analisis data.

• Taburan sinar-x sudut kecil (saksofon):

Data sinar X dikumpulkan dari G-1 sumber synchromron energi tinggi Cornell. Pengisian daya coupler FLICAM (71 µm ukuran linear, array pixel dari 1,024 Í 1,024) digunakan untuk mendeteksi penyebar dari kejadian terpolarisasi (0.24 Í 0.24mm²) Diterangi oleh sinar X pada panjang gelombang sebesar 1.17 baskom pada sampel ULV. Jarak dari sampel ke detektor adalah 505.8mm. Sampel ditransfer ke tabung kapiler kuarsa 1.5mm dan ditempatkan dalam rak dengan kontrol suhu. Hubungan antara intensitas caminasi saya dan vektor taburan Q diperoleh oleh rata-rata radial subtracting latar belakang dari data dua dimensi (2D). Kemudian dikonversi menjadi faktor bentuk x-ray menggunakan hubungan yang sama dengan neutrons.

• Simulasi dinamika molekul (MD):

Membran Builder CHARMM-GUI digunakan untuk menghasilkan koordinat untuk dua lapis DHPC murni (128 DHPC) dan dua lapis DHPC dengan kolesterol 20 mol % (128 DHPC + 32CHOL).

Karena ether GPU DHPC tidak termasuk dalam pilihan GPU CHARMM-GUI, perlu untuk terlebih dahulu membangun model DPPC dua lapis menggunakan CHARMM-GUI, dan kemudian mengubah carbonyl group (C = O) dalam DPPC ke methylene group (CH₂) Di DHPC. Sistem tersebut dikemas dengan menambahkan molekul air 4,300-4,800, sementara NaCl yang cukup diperkenalkan untuk keseimbangan biaya. Paket NAMD (versi 2.816) dan CHARMM 36 cut force field digunakan untuk simulasi MD. Untuk pengoptimalan bidang paksa tertentu dan pengaturan parameter MD, lihat teks asli serta dokumen yang mendukung.

Sistem simulasi Fig. 3. MD dan konstruksi sistem dua lapis DHPC

(A) sistem bilayer seimbang di mana lapis dua perangkat Bio terselesaikan menjadi lima komponen (perekat-warna): red-methyl (CH₃); Hitam-gliserol backbone + ether bond; light-blue-methylene (CH₂); Grup kepala ungu (fosfat radikal + CH₂CH₂N); Dan terminal trimethyl kolin-kuning.

Hasil:

Fig. 4. Ketepatan model SDP dengan faktor eksperimental perbandingan yang berbeda

(Komposisi GPU dideskripsikan oleh fungsi analitik (mis., Fungsi gaushings dan fungsi kesalahan), dan isi air ditentukan oleh melengkapi dengan total liposom integral. A: taburan netral; b: penyebar sinar x; c: total kepadatan elektron; d: Netral panjang penyebar densitas; e: distribusi volume. Catatan: deskripsi warna konsisten dengan tin. 3)

4. Perbandingan langsung antara faktor bentuk neutron dan sinar X untuk eksperimen kontras yang berbeda

Fig. 5. MD simulasi dua lapis mengandung 20 mol % kolesterol dan DHPC

Fig. 6. Konsentrasi kolesterol dibandingkan berubah dalam parameter struktural untuk DHPC bilay

(Efek pemesanan kolesterol ditunjukkan dengan penurunan di area piterpolarisasi permukaan dengan meningkatkan konsentrasi kolesterol, meningkatkan kualitas pi-membran dwiter ketebalan D_BDan ketebalan 2D hidrokarbon_C, Dan perubahan kurang lebih linier pada efek agregasi kolesterol.)

Fig. 7. Perbandingan langsung antara faktor bentuk eksperimental yang berbeda untuk membran dua lapis DHPC yang terdiri dari 20 mol % kolesterol dan faktor pembentuk dihitung oleh simulasi NAPnT kinetik pada area sel unit tetap

Fig. 8. Fungsi distribusi Radial dari kelompok hidroksoil (-OH) dari kolesterol dengan radikal fosfat (a), N atom dari Kolin (b), grup eter rantai utama (-O-, c), dan atom oksigen dalam air bebas (Puncak tajam muncul untuk fosfat radikal dan air pada 2.7 IJ, Dan puncak yang luas muncul untuk N atom dalam kolik pada 4 kelasnya.)

Fig. 9. Ikatan hidrogen antara CHOL-OH dan 46terdekat berdasarkan distribusi RDF pada Fig. 8. (Oranye menunjukkan besarnya hidrogen potensial dan interaksi elektrostatik.)

Buah ara. 10. Minuman keras dari planar tetraloop kolesterol terkait dengan fungsi normal dari dua lapis. Kolesterol tidak didistribusikan secara vertikal di membran, tetapi dengan sudut tertentu. Sebagian besar kolesterol memiliki distribusi miring 20 °.

3g. 11 Distribusi kepadatan 3D dari rantai hidrokarbon aliponik dekat Kolesterol Kemasan rantai anisotropik terkait dengan kolesterol tetraloop, dan kemasan rantai berkepadatan tinggi juga terjadi dekat wajah halus cincin.

Catatan:

Studi ini dikombinasikan dengan simulasi. SANS dan SAXS digunakan untuk menyelidiki posisi molekul dan orientasi kolesterol dalam bilayers getah eter. Disebabkan oleh sifat taburan yang berbeda dari bilay dianalisis lebih lanjut oleh simulasi MD, yang membentuk landasan model SDP untuk menganalisis data eksperimentalnya. Sebaliknya, parameter model lebih dioptimalkan menggunakan parameter struktural yang didapatkan secara substansial untuk meningkatkan keaslian dan keandalan simulasi MD dan menentukan interaksi molekul antara kolesterol dan lemak eter. Interaksi molekul antara acylphospholipids biasa dan kolesterol cukup lain.

Khusus:

Bilay terdiri dari lemak eter, kelompok hidroksiil (-OH) pada kolesterol membentuk ikatan hidrogen dengan kelompok fosfat, sementara dalam fosfolipid biasa, kelompok hidroksil cenderung membentuk ikatan hidrogen dengan kelompok karbonil (C = O) pada lemak fosholipid karenaKehadiran kelompok ester. Perbedaan ini dalam interaksi dapat menjelaskan peran penting bahwa asetal fosfolipid (getah eter) bermain dalam transportasi kolesterol Dan yang lebih penting, dalam studi saat ini, interaksi antara molekul-molekul yang berbeda dalam lingkungan membran tersebut corong lebih jauh dengan mengubah komposisi kimia dari abudanya.

Kolesterol, termasukHP Kolesterol, Memainkan peran besar dalam organisme dan juga merupakan ekstraksi farmasi yang penting. AVT memasok kolesterol yang turunan tanaman. Hubungi kami untuk informasi lebih lanjut.

Referensi:

[1]. Dean JM, Lodhi IJ.Peran struktural dan fungsional dari lemak eter.Sel Protein. 2018;9(2):196-206. doi:10.1007/s13238-017-0423-5

[2]. Pan J, Cheng X, Heberle FA, Mostofian B, kufie Erka N, Drazba P, Katsaras J. Interaksi antara ether fosfolipid dan kolesterol sebagaimana ditentukan oleh hamburan dan simulasi dinamika molekul. J Phys Chem B. 2012 27 Des; 116(51):14829, 3-38. Doi: 10.1021/. Epuan 2012 13 Desember. PMID: 23199292; Ppcid: PMC3539752.