重新评估DMSO-脂质相互作用:改进的AMBER力场在冷保护中强调溶剂而不是双层效应

科学领域:

• 生物物理学的生物物理.
• 计算化学的计算化学

背景情况:

• 甲基二硫氧化物 (DMSO) 是一种常见的冷保护剂,但其与低度脂质膜的相互作用仍在争论中.
• 之前的分子动力学 (MD) 模拟显示了与DMSO对膜结构影响的实验发现的差异.

研究的目的:

• 用更新的力场重新评估低DMSO度 (1.5-10体积%) 对五克里斯托酸胆 (DMPC) 膜的影响.
• 通过模拟其在液体,凝和冰形成条件下的行为来评估DMSO的冷保护作用.

主要方法:

• 使用更新的AMBER力场 (LIPID17,OPC,GAFF2) 的分子动力学 (MD) 模拟.
• 在不同温度 (330K,260K) 和形成冰的条件下进行的模拟.
• 膜性质的分析,包括厚度,每脂质面积,水分和乙烯链顺序.

主要成果:

• 在低DMSO度下,没有检测到DMPC膜结构 (厚度,每脂质面积,水分,顺序) 的统计学意义上的变化.
• DMSO在脂质-水界面上呈现轻度丰富,但大部分仍留在溶剂中.
• DMSO显著减缓了冰晶的生长 (约5倍),被排除在冰中,并在冰膜边界形成了一个无冰层.
• 即使没有DMSO,与双层接触的冰形成也没有引起结构破坏.
• DMSO抑制了无形水密度的温度驱动的变化.

结论:

• 低度的DMSO不会扰乱脂质双层结构,与实验观察一致.
• 在低度下,DMSO的冷保护机制主要是由于它对水和冰的行为的影响.
• 冰冷损伤可能涉及除了冰直接破坏脂质膜之外的因素.