为什么多氨酸在中性脂双层吸附,而多氨酸则没有? 从密度函数理论计算和分子动力学模拟的洞察力

科学领域:

• 生物物理学的生物物理.
• 计算化学计算化学
• 分子生物学分子生物学

背景情况:

• 细胞透 (CPPs) 通过穿越细胞膜来促进药物输送.
• 富含氨酸的CPP显示出比富含氨酸的对应物更高的膜透率.
• 了解初始膜吸附是CPP疗效的关键.

研究的目的:

• 研究中性脂质双层上富含氨酸 (Arg9) 和富含氨酸 (Lys9) 酸之间的吸附差异.
• 通过分子动力学模拟,阐明吸附背后的能量驱动力.
• 将模拟结果与密度函数理论计算进行比较.

主要方法:

• 模拟Arg9和Lys9的分子动力学 (MD) 模拟,使用酸丁 (PC) 和酸丁乙醇胺 (PE) 双层.
• 自由能量的计算,以量化吸附能量.
• 能量分解分析和酸水化分析.
• 密度函数理论 (DFT) 对模型系统的计算.

主要成果:

• 阿尔格9对PC (∼5.0千卡mol-1) 和PE (∼5.5千卡mol-1) 双层都表现出强烈的,在能量上有利的吸附.
• 在PC双层上,lys9的吸附是可以忽略不计的,在PE双层上则非常弱 (∼-0.5 kcal mol-1).
• 较强的静电相互作用与脂质酸盐组和较大的水合损失驱动Arg9吸附.

结论:

• 富含氨酸的类比富含氨酸的类更有效地吸附到中性脂质双层.
• 受到水化的影响的静电和疏水相互作用是CPP吸附的关键决定因素.
• 这些发现为CPP介导的膜转移的初始步骤提供了基本的见解.