1.4 Molecular modelling and compute

1.4 Molecular modelling and computer simulations
of peptide-membrane interactions
Over the years, a number of theoretical and computer simulation approaches have
been developed to describe membrane behaviour and peptide-membrane interactions.
These approaches vary in the way the peptide-membrane system is modelled and
what type of information can be obtained from this model. For example, a lipid bilayer
can be modelled as essentially an infinite hydrophobic slab (with varying degree
of complexity) through some effective field function. This approach is usually adopted
in various mean-field models developed over the years. Quite often, to reduce the
computational load, solvent is not included in the model explicitly, and its presence is
accounted for through some effective interactions between the remaining components.
In its general form, a mean-field method indicates that the lipid bilayer and the surrounding
water are described by an empirical energy function. In Figure 1.5 there
is a schematic of the lipid bilayer and the water phase and one of the possible energy
functions f(z) used in the mean-field methods to define the different levels of
hydrophobicity in the system. When a peptide or protein is considered (represented
by a cylinder in the schematic), a hydrophobic term is included in the potential energy
function. This term shows the contribution of each residue of the peptide in the
peptide-membrane interactions.
An approach based on the mean-field theory is the self-consistent field (SCF) theory.
In SCF theory the van der Waals-type interactions are used for the different types of
particles as well as the configurational entropy of the lipid tails. Leermakers and coworkers
have applied SCF theory in a series of membrane and membrane-peptide
studies [57–59]. In a recent study, SCF theory was also used by Liang and Ma to study
the effects of inclusions in supported mixed lipid bilayers [60]. In [61] and [62], the
same authors combined SCF theory and density functional theory to investigate the
structural organization of membrane proteins in lipid bilayers as well as the effect of
nanosized hydrophobic inclusions in lipid bilayers. Mean-field theory was also used
by Lague and co-workers [63–65]. The authors employed a mean-field approach based
on results from fully detailed atomistic simulations, to develop a theory for defining
the structure of the lipid chains around a model membrane protein and to study the
lipid-mediated protein-protein interactions. Also, La Rocca et al. used mean-field
theory to determine the optimal orientation of a helical peptide in a lipid bilayer [66,
67].
Another implicit-solvent approach is the generalized Born/surface area (GB/SA) models
[68]. Im et al. in a series of studies have used the GB/SA approach to study membrane
peptides [69, 70]. Also, Ulmschneider and co-workers developed an implicitmembrane
representation and applied it in influenza M2 peptide and glycophorin A
dimer [71, 72].
One of the most important limitations of mean-field based approaches are the sim-
plifications that need to be made in order to develop feasible analytical theories. The
description of the lipid bilayer by a free energy functional cannot capture the complexity
that lies at the molecular level of the membrane. Moreover, the difficulty in linking
the parameters used in these models with physical properties constitutes an important
disadvantage.
In order to select an appropriate approach from a huge number of models and methods
developed over the last 40-50 years, it is important to formulate the long term goals of
this study. I would like to develop a capability to describe peptide-membrane interaction
processes in their entire complexity, from the dynamics of the self-assembly processes
to equilibrium properties of peptide-membrane systems. This objective imposes
several key restrictions on our choice of methods. It is evident, that peptide-membrane
self-assembly processes, such as formation of trans-membrane pores, requires signifi-
cant structural rearrangement of both peptides and the membrane. This process also
seems to be mediated (at least to some extent) by the solvent. Thus, our description
must be based on a reasonably detailed model of all the components of the system, i.e.
solvent, peptides, lipid bilayer. This restriction excludes the models based on membrane
as an effective hydrophobic medium and implicit solvent models. Next, I am
interested not only in the final equilibrium properties of the system, but in the actual
process of self-assembly. Therefore, it seems that most of the conventional Monte Carlo
approaches would not be appropriate here. On the other hand, Molecular Dynamics
seems to satisfy all the required conditions and, therefore, in the review of the recent
studies of peptide-membrane interactions I will mostly focus on this approach, with
occasional diversion into other methods.
There has been significant progress in the field of molecular dynamics simulations
of biomolecular systems since the first simulation of a protein in vacuum, reported
33 years ago [73] (see Table A, Appendix A). Some of the first studies of membranepeptide
interactions employing molecular dynamics simulations on a sub-nanosecond
timescale include the study of a model peptide designed to anchor to bilayer surfaces
[74], amphipathic α-helices [75] and the bee venom peptide melittin [76].
Recently, several atomistic molecular simulation studies attempted to address longscale
peptide-membrane phenomena in their full complexity. In one of these studies,
Leontiadou and co-workers captured toroidal pore formation in simulations of an-
timicrobial peptide magainin-H2 and a model phospholipid membrane [77]. Studies
of toroidal pore formation and its structural characteristics have been further extended
by Sengupta and co-workers [78]. In another example, Herce and Garcia applied
fully atomistic simulations to propose a complex multistage mechanism of HIV-1 TAT
peptide translocation across the membrane [79]. Formation of a transient pore was
observed, with the peptides diffusing on the surface of the pore to cross the membrane.
An alternative mechanism, based on micropinocytosis, has been suggested for
TAT translocation in fully atomistic studies by Yesylevskyy and co-workers. In micropinocytosis
a cluster of peptides wraps the membrane around itself to form a small
vesicle [80]. A similar mechanism of translocation was reported by the same group
for another cell-penetrating peptide, Penetratin. None of these simulations however
spanned timescale beyond several hundred of nanoseconds, and in many cases the
simulations were limited to tens of nanoseconds. Routine operation on longer time
scale still remains prohibitively expensive in atomistic simulations. This limitation imposed
by atomistic simulations led to the development of coarse-grained approaches
to study complex biomolecular phenomena.
Coarse-grained approaches are based on the idea of systematically reducing the level
of detail in the way the system is represented, and thus increasing the time/length
scale of the simulation. One way of doing this is by modelling the system as a group
of effective particles (‘beads’). Each of these beads represents an ensemble of atoms
whose atomistic degrees of freedom do not play an important role in the process under
consideration and are integrated out. This leads to several implications. First of all, it
results in the expected improvement in computational efficiency of the model due to
the reduced number of degrees of freedom (depending on the level of coarse-graining).
Furthermore, as has been noted in a number of studies, smoothing out of fine-grained
degrees of freedom in CG models reduces the effective friction between the molecules.
As a result, many complex processes such as biomolecular self-assembly occur on a
shorter effective time scale.
Several strategies to construct CG models have been offered over the years. For example,
the interactions between coarse-grained beads can be calibrated to reproduce the
forces between the corresponding groups of atoms in atomistic simulations [81]. Alternatively,
the coarse-grained model can be calibrated to reproduce certain physical
characteristics of the system of interest, such as density, phase transitions and structure
[82]. In Figure 1.6, some representative coarse-grained models for lipids are shown. he
article by Venturoli and co-workers is an excellent review of the current developments
and achievements in this field [83]. State-of-the-art in atomistic and CG simulation
studies of lipid membranes, including peptide-membrane interactions, has also been
recently reviewed by [84]. Another recent review on the advances in the area of multiscale
modelling is the one by Murtola et al. [85].
Figure 1.6: Coarse-grained models for lipids. (a) Atomistic representation. (b) Group
of ∼4-5 atoms is represented as a ’bead’ [82]. (c) Every lipid is represented as a Gay-Berne
particle [86].
Using coarse-grained models, it has been possible to investigate a number of processes
related to biomembrane physics, which have been difficult to study by MD simulation
methods on all-atom models. In the early 90’s, Smit and co-workers developed a CG
model of oil/water/surfactant system. Two types of particles are defined, labeled with
the letters o and w. In this model, oil molecules are represented by a single o particle,
water molecules by a single w particle and surfactant molecules are represented by
a chain of two w particles followed by five o particles, each bound to its neighbour
by a strong harmonic force. Simulations showed for the first time the spontaneous
formation of micelles [87, 88].
Some years later, Groot and Warren introduced the Dissipative Particle Dynamics
(DPD) technique into the field of biological systems [89]. In this technique, the forces
are grouped together to yield an effective friction and a fluctuating force between the
interac

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

1.4 ระดับโมเลกุลแบบจำลองและเครื่องคอมพิวเตอร์จำลองโต้ตอบเมมเบรนเพปไทด์ปี หมายเลขของทฤษฎี และการจำลองคอมพิวเตอร์ มีวิธีถูกพัฒนาขึ้นเพื่ออธิบายการโต้ตอบที่พฤติกรรมและเพปไทด์เยื่อเมมเบรนวิธีเหล่านี้แตกต่างกันไปในทางระบบเมมเบรนเพปไทด์จะคือ แบบจำลอง และชนิดของข้อมูลที่ได้จากแบบจำลองนี้ ตัวอย่าง bilayer ไขมันสามารถ modelled เป็นหลักเป็นอนันต์ hydrophobic พื้นกับองศาที่แตกต่างกันของความซับซ้อน) ผ่านฟังก์ชันบางฟิลด์มีผลบังคับใช้ มักจะมีนำวิธีการนี้ในฟิลด์หมายความว่ารุ่นต่าง ๆ พัฒนาปี ค่อนข้างบ่อย การลดการคำนวณโหลด ตัวทำละลายไม่อยู่ในรูปแบบอย่างชัดเจน และสถานะของตนเป็นบัญชีสำหรับผ่านการโต้ตอบบางอย่างมีประสิทธิภาพระหว่างส่วนประกอบที่เหลือแบบทั่วไป วิธีการหมายถึงฟิลด์หมายถึง bilayer ไขมันและรายล้อมด้วยอธิบายน้ำ ด้วยฟังก์ชันการรวมพลังงาน ในรูป 1.5 มีคือมัน bilayer ไขมันระยะน้ำ และพลังงานไปได้อย่างใดอย่างหนึ่งฟังก์ชัน f(z) ใช้ในฟิลด์หมายความว่าวิธีการในการกำหนดระดับต่าง ๆ ของhydrophobicity ในระบบ เมื่อถือเพปไทด์หรือโปรตีน (แทนโดยการสูบในมัน), คำ hydrophobic อยู่ในพลังงานศักย์ฟังก์ชันการ ระยะนี้แสดงสัดส่วนของแต่ละสารตกค้างของเพปไทด์ในการเมมเบรนเพปไทด์โต้ตอบวิธีการตามทฤษฎีหมายถึงฟิลด์สอดคล้องกันด้วยตนเอง (SCF) ทฤษฎีได้ในทฤษฎี SCF van der Waals-ชนิด ใช้โต้ตอบสำหรับชนิดต่าง ๆ ของอนุภาคเป็น entropy configurational ของหางระดับไขมันในเลือด Leermakers และเพื่อนร่วมงานใช้ทฤษฎี SCF ในชุดเมมเบรนและเพปไทด์เมมเบรนศึกษา [57-59] ในการศึกษาล่าสุด ทฤษฎี SCF ยังใช้ โดยเหลียงและมาเรียนผลรวมในกระบวนการผสมสนับสนุน bilayers [60] ใน [61] และ [62], การผู้เขียนเดียวกันรวม SCF ทฤษฎีและทฤษฎีการทำงานความหนาแน่นการตรวจสอบการองค์กรโครงสร้างของเมมเบรนโปรตีนในกระบวน bilayers เป็นผลของตัวรองรวม hydrophobic ใน bilayers ไขมัน ทฤษฎีหมายถึงฟิลด์ถูกใช้Lague และเพื่อนร่วมงาน [63 – 65] ผู้เขียนทำงานวิธีการหมายถึงฟิลด์ที่อยู่ผลจากทั้งหมดรายละเอียดจำลอง atomistic พัฒนาทฤษฎีในการกำหนดโครงสร้างของโซ่ไขมันโปรตีนเมมเบรนเป็นรุ่น และ การเรียนการการโต้ตอบ mediated ไขมันโปรตีนโปรตีน ยัง La Rocca et al. ใช้ฟิลด์หมายความว่าทฤษฎีการกำหนดวางแนวสูงสุดของเพปไทด์ helical ใน bilayer ไขมัน [6667]วิธีนัยในตัวทำละลายอื่นเป็นรูปแบบตั้ง (GB/SA) บอร์น/ผิวเมจแบบทั่วไป[68] . al. et Im ในชุดของการศึกษาได้ใช้วิธี GB/SA ศึกษาเมมเบรนเปปไทด์ [69, 70] , Ulmschneider และเพื่อนร่วมงานพัฒนาเป็น implicitmembraneแสดง และใช้ในไข้หวัดใหญ่ M2 เพปไทด์และ glycophorin Aผลิตของ dimer [71, 72]ประการสำคัญที่สุดของเขตข้อมูลค่าเฉลี่ยตามวิธีหนึ่งมี sim-plifications ที่จำเป็นต้องทำการพัฒนาวิเคราะห์ทางทฤษฎีเป็นไปได้ ที่คำอธิบายของ bilayer ไขมันโดยพลังงานฟรีที่ทำงานไม่สามารถจับความซับซ้อนที่อยู่ในระดับโมเลกุลของเยื่อ ยิ่งไปกว่านั้น ความยากลำบากในการเชื่อมโยงพารามิเตอร์ที่ใช้ในรุ่นเหล่านี้มีคุณสมบัติทางกายภาพถือเป็นสำคัญข้อเสียการเลือกวิธีการที่เหมาะสมจากจำนวนมากของรูปแบบและวิธีการพัฒนามากกว่า 40-50 ปี จะต้องกำหนดเป้าหมายระยะยาวการศึกษานี้ อยากจะพัฒนาความสามารถในการอธิบายการโต้ตอบเมมเบรนเพปไทด์กระบวนการซับซ้อนของพวกเขาทั้งหมด จากของตนเอง assembly กระบวนสมดุลการคุณสมบัติของระบบเมมเบรนเพปไทด์ กำหนดวัตถุประสงค์นี้หลายคีย์จำกัดตัวเลือกของวิธีการ ปรากฏชัดเจน เพปไทด์ที่เยื่อตนเอง assembly กระบวน เช่นการก่อตัวของเมมเบรนทรานส์รูขุมขน ต้องการความ-ต้อน rearrangement โครงสร้างของเปปไทด์และเมมเบรน นี้กระบวนการยังดูเหมือนว่าจะ mediated (น้อยบ้าง) โดยตัวทำละลาย ดังนั้น คำอธิบายของเราต้องยึดแบบสมเหตุสมผลรายละเอียดของส่วนประกอบทั้งหมดของระบบ เช่นตัวทำละลาย เปป bilayer ไขมัน ข้อจำกัดนี้ไม่รวมรุ่นที่ใช้เมมเบรนเป็นการใช้ hydrophobic กลาง และนัยตัวทำละลายแบบจำลอง ถัดไป ฉันสนใจไม่เพียงแต่ ในคุณสมบัติของระบบสมดุลสุดท้าย แต่ ในที่จริงกระบวนการของตนเอง assembly ดังนั้น มันดูเหมือนว่าส่วนใหญ่ของ Carlo Monte ธรรมดาวิธีจะไม่เหมาะสมที่นี่ ในทางกลับกัน Dynamics โมเลกุลดูเหมือนว่าจะ ตรงกับเงื่อนไขจำเป็นและ ดังนั้น ในการทบทวนผ่านมาการศึกษาของฉันส่วนใหญ่จะเน้นวิธีการนี้ กับการโต้ตอบเมมเบรนเพปไทด์ผันเป็นครั้งคราวเป็นวิธีการอื่น ๆมีความคืบหน้าสำคัญในด้านการจำลองโมเลกุล dynamicsวทคร ๕๐๘ ระบบตั้งแต่การจำลองแรกโปรตีนในสุญญากาศ รายงาน33 ปี [73] (ดูตาราง A ภาคผนวก A) บางการศึกษาแรกของ membranepeptideการโต้ตอบที่ใช้จำลองโมเลกุล dynamics บน nanosecond ย่อยการศึกษาของเพปไทด์เป็นรุ่นที่ออกแบบมาเพื่อยึดกับพื้นผิว bilayer มีสเกล[74], amphipathic ด้วยกองทัพ-helices [75] และ melittin เพปไทด์พิษผึ้ง [76]ล่าสุด พยายาม longscale ศึกษาการจำลองโมเลกุล atomistic หลายปรากฏการณ์เมมเบรนเพปไทด์ในความซับซ้อนของพวกเขาทั้งหมด ในการศึกษาเหล่านี้ อย่างใดอย่างหนึ่งLeontiadou และเพื่อนร่วมงานจับรู toroidal ก่อในจำลองของการ -timicrobial เพปไทด์ magainin H2 และเยื่อฟอสโฟลิพิดเป็นรุ่น [77] การศึกษาของรูพรุน toroidal กำเนิดและลักษณะของโครงสร้างมีการเพิ่มเติมขยายโดย Sengupta และเพื่อนร่วมงาน [78] ในอย่างอื่น Herce และการ์เซียที่ใช้จำลองเต็ม atomistic เสนอกลไก multistage ซับซ้อนของททท.เอชไอวี-1การสับเปลี่ยนเพปไทด์ผ่านเมมเบรน [79] มีการก่อตัวของรูขุมขนชั่วคราวสังเกต ด้วยเปปไทด์ diffusing บนพื้นผิวของรูขุมขนข้ามเยื่อมีกลไกสำรอง ตาม micropinocytosis มีการแนะนำสำหรับการสับเปลี่ยนตาดในศึกษา atomistic เต็มโดย Yesylevskyy และเพื่อนร่วมงาน ใน micropinocytosisคลัสเตอร์ของเปปไทด์ตัดเยื่อหุ้มรอบตัวเองในรูปแบบขนาดเล็กเวสิเคิล [80] รายงานกลไกคล้ายของการสับเปลี่ยนกลุ่มเดียวกันสำหรับเพปไทด์การเจาะเซลล์อื่น Penetratin ไม่มีการจำลองเหล่านี้อย่างไรก็ตามขยายสเกลเกินหลายร้อย nanoseconds และ ในหลายกรณีจำลองได้สิบ nanoseconds จำกัด การดำเนินงานประจำในเวลานานขนาดยังคงราคาแพงใน atomistic จำลอง prohibitively กำหนดข้อจำกัดนี้โดยจำลอง atomistic ที่นำไปสู่การพัฒนาแนวทาง coarse-grainedการศึกษาปรากฏการณ์วทคร ๕๐๘ ซับซ้อนCoarse-grained วิธีขึ้นอยู่กับความคิดของระบบลดระดับรายละเอียดในแบบแสดงระบบ และเพิ่มเวลา/ความยาวขนาดของแบบจำลอง วิธีหนึ่งของการทำเช่นนี้คือการสร้างแบบจำลองระบบเป็นกลุ่มของประสิทธิภาพอนุภาค ('ลูกปัด') ลูกปัดเหล่านี้แต่ละแทนวงดนตรีของอะตอมมี atomistic องศาความเป็นอิสระไม่มีบทบาทสำคัญในกระบวนการภายใต้พิจารณาและจะรวมออก นี้นำไปสู่ผลหลาย แรกของทั้งหมด มันผลในการปรับปรุงที่คาดไว้ในการคำนวณประสิทธิภาพรุ่นเนื่องจำนวนที่ลดลงขององศาความเป็นอิสระ (ขึ้นอยู่กับระดับของ graining หยาบ)นอกจากนี้ ขณะที่มีการระบุไว้ในหมายเลขของการศึกษา ราบเรียบจากทรายแป้งละเอียดองศาความเป็นอิสระในรูปแบบ CG ช่วยลดแรงเสียดทานที่มีประสิทธิภาพระหว่างโมเลกุลผล กระบวนการซับซ้อนมากเช่นวทคร ๕๐๘ ตนเอง assembly ตามสั้นขนาดเวลามีประสิทธิภาพมีการเสนอกลยุทธ์ต่าง ๆ เพื่อสร้างรูปแบบ CG ปี ตัวอย่างการโต้ตอบระหว่างลูกปัด coarse-grained สามารถปรับเทียบซ้ำกองกำลังระหว่างกลุ่มที่สอดคล้องกันของอะตอมในจำลอง atomistic [81] หรือรุ่น coarse-grained สามารถปรับเทียบซ้ำทางกายภาพบางอย่างลักษณะของระบบที่น่าสนใจ เช่นความหนาแน่น เฟสเปลี่ยนภาพและโครงสร้าง[82] . ในรูป 1.6 บางรุ่นตัวแทน coarse-grained สำหรับโครงการจะแสดงขึ้น เขาบทความ โดย Venturoli และเพื่อนร่วมงานเป็นการทบทวนการพัฒนาปัจจุบันดีและความสำเร็จในฟิลด์นี้ [83] รัฐ-of-the-art ใน atomistic และ CG จำลองนอกจากนี้ยังได้ศึกษาของเยื่อหุ้มไขมัน รวมทั้งโต้ตอบเมมเบรนเพปไทด์ตรวจทานล่าสุด โดย [84] ตรวจทานล่าสุดอื่นในความก้าวหน้าในพื้นที่ของ multiscaleสร้างแบบจำลองเป็นหนึ่งโดย Murtola et al. [85]รูปที่ 1.6: รุ่น Coarse-grained สำหรับโครงการ (ก) atomistic แสดงอยู่ (ข) กลุ่มของ ∼4-5 อะตอมจะแสดงเป็น 'สาย' [82] (c) แสดงเป็นเกย์บารน์ไขมันตัวร้ายทุกอนุภาค [86]ใช้รุ่น coarse-grained แล้วไปตรวจสอบหมายเลขของกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับฟิสิกส์ biomembrane ได้ยากที่จะศึกษา โดยจำลอง MDวิธีการในแบบจำลองอะตอมทั้งหมด มณฑลแรก Smit และเพื่อนร่วมงานพัฒนากับ CGแบบจำลองของระบบ น้ำมัน/น้ำ/surfactant สองชนิดของอนุภาคไว้ ติดป้ายอักษร o และ w ในรุ่นนี้ แสดงโมเลกุลน้ำมัน โดยอนุภาคเดี่ยว oโมเลกุลของน้ำ โดยอนุภาค w เดียวและ surfactant โมเลกุลจะแทนด้วยห่วงโซ่ของ 2 อนุภาค w ตาม ด้วย 5 o อนุภาค แต่ละผูกกับของเพื่อนบ้านโดยมีค่าแรงแข็งแกร่ง จำลองที่แสดงให้เห็นในครั้งแรกเวลาที่อยู่การก่อตัวของ micelles [87, 88]ปี Dynamics อนุภาค Dissipative ที่นำมาใช้ในภายหลัง Groot และวอร์เรนเทคนิค (DPD) ลงในฟิลด์ของระบบชีวภาพ [89] ในเทคนิคนี้ กองกำลังจัดกลุ่มเข้าด้วยกันจะมีแรงเสียดทานที่มีประสิทธิภาพและความแรงระหว่างการinterac

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

1.4 การสร้างแบบจำลองโมเลกุลและแบบจำลองคอมพิวเตอร์ของการมีปฏิสัมพันธ์เปปไทด์เมมเบรนในช่วงปีที่ผ่านมาจำนวนของทฤษฎีและวิธีการจำลองคอมพิวเตอร์ได้รับการพัฒนาเพื่ออธิบายพฤติกรรมเมมเบรนและการมีปฏิสัมพันธ์เปปไทด์เมมเบรน. วิธีการเหล่านี้แตกต่างกันไปในทางที่ระบบเปปไทด์เมมเบรนเป็นแบบจำลองและสิ่งที่ประเภทของข้อมูลที่ได้จากรูปแบบนี้ ยกตัวอย่างเช่นไขมัน bilayer สามารถจำลองเป็นหลักพื้นน้ำไม่มีที่สิ้นสุด (ที่แตกต่างกันในระดับของความซับซ้อน) ผ่านบางฟังก์ชั่นด้านประสิทธิภาพ วิธีการนี้ถูกนำมาใช้มักจะในรูปแบบหมายถึงเขตต่างๆพัฒนาขึ้นกว่าปีที่ผ่านมา ค่อนข้างบ่อยเพื่อลดภาระการคำนวณตัวทำละลายไม่รวมอยู่ในรูปแบบที่ชัดเจนและการปรากฏตัวของมันจะถูกคิดผ่านการสื่อสารที่มีประสิทธิภาพระหว่างชิ้นส่วนที่เหลือ. ในรูปแบบทั่วไปของวิธีการเฉลี่ยสนามบ่งชี้ว่าไขมัน bilayer และ โดยรอบน้ำจะมีการอธิบายโดยฟังก์ชั่นการใช้พลังงานเชิงประจักษ์ ในรูปที่ 1.5 มีเป็นแผนผังของไขมันbilayer และเฟสน้ำและเป็นหนึ่งในพลังงานที่เป็นไปได้ฟังก์ชั่นf (ซี) ที่ใช้ในวิธีการเฉลี่ยสนามเพื่อกำหนดระดับที่แตกต่างกันของไฮโดรในระบบ เมื่อเปปไทด์หรือโปรตีนที่มีการพิจารณา (แสดงโดยทรงกระบอกในวงจรก) เป็นคำที่ไม่ชอบน้ำจะรวมอยู่ในพลังงานที่มีศักยภาพการทำงาน คำนี้แสดงให้เห็นถึงการมีส่วนร่วมของแต่ละสารตกค้างของเปปไทด์ในการปฏิสัมพันธ์เปปไทด์เมมเบรน. วิธีการตามทฤษฎีหมายถึงสนามคือสนามตนเองที่สอดคล้องกัน (SCF) ทฤษฎี. ในทางทฤษฎี SCF แวนเดอร์ปฏิสัมพันธ์ Waals ชนิดถูกนำมาใช้ สำหรับประเภทที่แตกต่างกันของอนุภาคเช่นเดียวกับการปรับแต่งเอนโทรปีของหางไขมัน Leermakers และเพื่อนร่วมงานได้ประยุกต์ใช้ทฤษฎีSCF ในชุดของเยื่อเมมเบรนและเปปไทด์การศึกษา[57-59] ในการศึกษาล่าสุดทฤษฎี SCF ยังถูกใช้โดยเหลียงและแม่ในการศึกษาผลกระทบของการรวมในการสนับสนุนbilayers ไขมันผสม [60] ใน [61] และ [62] ที่ผู้เขียนเดียวกันรวมทฤษฎีSCF และความหนาแน่นของทฤษฎีการทำงานเพื่อตรวจสอบองค์กรของโครงสร้างของโปรตีนในbilayers ไขมันเช่นเดียวกับผลกระทบของการnanosized รวมน้ำใน bilayers ไขมัน ทฤษฎีหมายถึงสนามก็ถูกใช้โดย Lague และเพื่อนร่วมงาน [63-65] ผู้เขียนวิธีการจ้างงานเฉลี่ยสนามตามผลจากการจำลองละอองรายละเอียดอย่างเต็มที่ในการพัฒนาทฤษฎีสำหรับการกำหนดโครงสร้างของเครือข่ายไขมันที่อยู่รอบๆ รูปแบบโปรตีนเมมเบรนและเพื่อศึกษาไขมันพึ่งปฏิกริยาระหว่างโปรตีน นอกจากนี้ยังมี La Rocca et al, ใช้หมายถึงสนามทฤษฎีในการกำหนดทิศทางที่ดีที่สุดของเปปไทด์ขดลวดในไขมัน bilayer [66, 67]. อีกวิธีโดยปริยายตัวทำละลายเป็นพื้นที่ที่เกิด / พื้นผิวทั่วไป (GB / SA) รุ่น[68] อิ่ม et al, ในชุดของการศึกษาได้ใช้ GB / SA แนวทางการศึกษาเมมเบรนเปปไทด์[69, 70] นอกจากนี้ Ulmschneider และเพื่อนร่วมงานพัฒนา implicitmembrane ตัวแทนและนำไปใช้ในไข้หวัดใหญ่เปปไทด์ M2 และ glycophorin dimer [71, 72]. หนึ่งในข้อ จำกัด ที่สำคัญที่สุดของค่าเฉลี่ยของสนามตามวิธีการที่เป็นซิมplifications ที่จะต้องทำ เพื่อที่จะพัฒนาทฤษฎีการวิเคราะห์ความเป็นไปได้ คำอธิบายของไขมัน bilayer โดยพลังงานการทำงานไม่สามารถจับภาพความซับซ้อนที่อยู่ในระดับโมเลกุลของเมมเบรน นอกจากนี้ยังมีความยากลำบากในการเชื่อมโยงพารามิเตอร์ที่ใช้ในรุ่นนี้มีคุณสมบัติทางกายภาพที่ถือว่ามีความสำคัญข้อเสีย. เพื่อที่จะเลือกวิธีการที่เหมาะสมจากจำนวนมากของรูปแบบและวิธีการพัฒนาในช่วง 40-50 ปีที่ผ่านมามันเป็นสิ่งสำคัญที่จะกำหนด เป้าหมายระยะยาวของการศึกษาครั้งนี้ ฉันต้องการที่จะพัฒนาความสามารถในการอธิบายถึงการทำงานร่วมกันเปปไทด์เมมเบรนกระบวนการในความซับซ้อนของพวกเขาทั้งจากการเปลี่ยนแปลงของกระบวนการประกอบตัวเองที่จะสมดุลคุณสมบัติของระบบเปปไทด์เมมเบรน วัตถุประสงค์นี้กำหนดข้อ จำกัด ที่สำคัญหลายในการเลือกวิธีการของเรา เห็นได้ชัดว่าเปปไทด์เมมเบรนกระบวนการประกอบด้วยตนเองเช่นการก่อตัวของรูขุมขนทรานส์เมมเบรน signifi- ต้องปรับปรุงใหม่โครงสร้างลาดเทของเปปไทด์และเมมเบรน กระบวนการนี้ยังดูเหมือนว่าจะพึ่ง (อย่างน้อยบางส่วน) โดยตัวทำละลาย ดังนั้นคำอธิบายของเราจะต้องอยู่บนพื้นฐานของรายละเอียดรูปแบบที่เหมาะสมของส่วนประกอบทั้งหมดของระบบคือตัวทำละลายเปปไทด์ไขมันbilayer ข้อ จำกัด นี้ไม่รวมรุ่นขึ้นอยู่กับเมมเบรนเป็นสื่อไม่ชอบน้ำที่มีประสิทธิภาพและรูปแบบตัวทำละลายโดยปริยาย ถัดไปผมสนใจไม่เพียง แต่ในคุณสมบัติสมดุลสุดท้ายของระบบ แต่ในความเป็นจริงกระบวนการของการชุมนุมด้วยตนเอง ดังนั้นจึงดูเหมือนว่าส่วนใหญ่ของการชุมนุม Monte Carlo วิธีจะไม่เหมาะสมที่นี่ ในทางตรงกันข้ามพลศาสตร์โมเลกุลดูเหมือนว่าจะตอบสนองทุกเงื่อนไขที่จำเป็นและดังนั้นในการตรวจสอบของที่ผ่านมาการศึกษาของการมีปฏิสัมพันธ์เปปไทด์เมมเบรนผมส่วนใหญ่จะมุ่งเน้นไปที่วิธีการนี้มีการเบี่ยงเบนเป็นครั้งคราวเป็นวิธีการอื่นๆ . มีความคืบหน้าอย่างมีนัยสำคัญ ในด้านของการเปลี่ยนแปลงโมเลกุลจำลองระบบชีวโมเลกุลตั้งแต่จำลองครั้งแรกของโปรตีนในสูญญากาศรายงาน33 ปีที่ผ่านมา [73] (ดูตารางภาคผนวก A) บางส่วนของการศึกษาแรกของ membranepeptide ปฏิสัมพันธ์จ้างจำลองการเปลี่ยนแปลงโมเลกุลในการย่อย nanosecond ระยะเวลารวมถึงการศึกษาของเปปไทด์รูปแบบการออกแบบมาเพื่อยึดกับพื้นผิว bilayer [74] amphipathic α-เอนริเก้ [75] และเปปไทด์พิษผึ้ง Melittin เมื่อ [76 ]. เมื่อเร็ว ๆ นี้หลายละอองการศึกษาแบบจำลองโมเลกุลพยายามที่จะ longscale ปรากฏการณ์เปปไทด์เมมเบรนในความซับซ้อนของพวกเขา ในตอนหนึ่งของการศึกษาเหล่านี้Leontiadou และเพื่อนร่วมงานจับการก่อตัวของรูพรุนวงแหวนจำลองของ an- เปปไทด์ timicrobial magainin-H2 และฟอสโฟเมมเบรนแบบ [77] การศึกษาการก่อตัวของรูพรุนวงแหวนและลักษณะโครงสร้างที่ได้รับการขยายเพิ่มเติมโดยกุปและเพื่อนร่วมงาน[78] อีกตัวอย่างหนึ่ง Herce การ์เซียและนำมาประยุกต์ใช้แบบจำลองละอองอย่างเต็มที่ที่จะนำเสนอกลไกที่ซับซ้อนหลายขั้นตอนของการท่องเที่ยวแห่งประเทศไทยHIV-1 โยกย้ายข้ามเปปไทด์เมมเบรน [79] การก่อตัวของรูขุมขนชั่วคราวถูกตั้งข้อสังเกตกับเปปไทด์กระจายบนพื้นผิวของรูขุมขนที่จะข้ามเมมเบรน. กลไกทางเลือกบนพื้นฐานของ micropinocytosis ได้รับการแนะนำสำหรับการโยกย้ายการท่องเที่ยวแห่งประเทศไทยในการศึกษาอย่างเต็มที่โดยละอองYesylevskyy และเพื่อนร่วมงาน ใน micropinocytosis กลุ่มของเปปไทด์เมมเบรนล้อมรอบตัวเองในรูปแบบที่มีขนาดเล็กตุ่ม [80] กลไกที่คล้ายกันของการโยกย้ายถูกรายงานโดยกลุ่มเดียวกันสำหรับเปปไทด์เซลล์เจาะอีก Penetratin ไม่มีแบบจำลองเหล่านี้ แต่ทอดระยะเวลาเกินกว่าหลายร้อยของนาโนวินาทีและในหลายกรณีการจำลองถูกจำกัด ให้นับนาโนวินาที การดำเนินการเป็นประจำในเวลานานขนาดยังคงราคาแพงในการจำลองละออง ข้อ จำกัด นี้กำหนดโดยจำลองละอองนำไปสู่การพัฒนาวิธีการที่เนื้อหยาบในการศึกษาปรากฏการณ์ทางชีวโมเลกุลที่ซับซ้อน. วิธีหยาบละเอียดจะขึ้นอยู่กับความคิดของระบบการลดระดับของรายละเอียดในทางระบบจะแสดงและเป็นการเพิ่มเวลา/ ความยาวขนาดของจำลอง วิธีหนึ่งในการทำเช่นนี้คือโดยการสร้างแบบจำลองระบบเป็นกลุ่มของอนุภาคที่มีประสิทธิภาพ ('ลูกปัด') แต่ละเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงลูกปัดชุดของอะตอมมีองศาละอองของเสรีภาพไม่ได้มีบทบาทสำคัญในกระบวนการภายใต้การพิจารณาและมีการบูรณาการออก นี้นำไปสู่ผลกระทบหลาย ๆ ครั้งแรกของทั้งหมดก็จะส่งผลในการปรับปรุงคาดว่าประสิทธิภาพในการประมวลผลของรูปแบบเนื่องจากจำนวนที่ลดลงขององศาอิสระ(ขึ้นอยู่กับระดับของความหยาบ graining) ที่. นอกจากนี้ได้มีการระบุไว้ในจำนวนของการศึกษาที่เรียบออก ของที่ละเอียดองศาอิสระในรูปแบบCG ช่วยลดแรงเสียดทานที่มีประสิทธิภาพระหว่างโมเลกุล. เป็นผลให้กระบวนการที่ซับซ้อนหลายอย่างเช่นชีวโมเลกุลตนเองประกอบเกิดขึ้นในช่วงเวลาที่มีประสิทธิภาพสั้น. กลยุทธ์หลายในการสร้างแบบจำลองการกำกับดูแลกิจการที่ได้รับการเสนอมากกว่า ปี ยกตัวอย่างเช่นการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างลูกปัดเนื้อหยาบสามารถสอบเทียบการทำซ้ำกองกำลังระหว่างกลุ่มที่สอดคล้องกันของอะตอมในการจำลองละออง[81] อีกทางเลือกหนึ่งรูปแบบเนื้อหยาบสามารถสอบเทียบการทำซ้ำทางกายภาพบางอย่างลักษณะของระบบที่น่าสนใจเช่นความหนาแน่นของช่วงช่วงและโครงสร้าง[82] ในรูปที่ 1.6 บางรุ่นเนื้อหยาบ-ตัวแทนไขมันจะแสดง เขาบทความโดย Venturoli และเพื่อนร่วมงานคือการตรวจสอบที่ดีของการพัฒนาในปัจจุบันและความสำเร็จในด้านนี้[83] state-of-the-Art ในละอองและ CG จำลองการศึกษาของเยื่อไขมันรวมทั้งปฏิสัมพันธ์เปปไทด์เมมเบรน, ยังได้รับการตรวจสอบเร็ว ๆ นี้โดย [84] ทบทวนอีกล่าสุดเกี่ยวกับความก้าวหน้าในพื้นที่ของ Multiscale ที่การสร้างแบบจำลองเป็นหนึ่งโดยMurtola et al, . [85] รูปที่ 1.6: รูปแบบเนื้อหยาบสำหรับไขมัน (ก) การแสดงละออง (ข) กลุ่มของ~4-5 อะตอมจะแสดงเป็น 'ลูกปัด' [82] (ค) ไขมันทุกคนจะแสดงเป็นเกย์เบิร์นอนุภาค[86]. การใช้แบบจำลองเนื้อหยาบก็มีความเป็นไปได้ในการตรวจสอบจำนวนของกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับฟิสิกส์ biomembrane ที่ได้รับยากที่จะศึกษาโดย MD จำลองวิธีการในทุกรุ่น -atom ในช่วงต้นยุค 90 ที่ Smit และเพื่อนร่วมงาน CG พัฒนารูปแบบของน้ำมัน/ น้ำ / ระบบลดแรงตึงผิว สองชนิดของอนุภาคที่มีการกำหนดกำกับด้วยตัวอักษร o ว ในรูปแบบนี้โมเลกุลของน้ำมันจะถูกแทนด้วยอนุภาค o เดียวโมเลกุลของน้ำโดยอนุภาคน้ำหนักโมเลกุลเดี่ยวและลดแรงตึงผิวจะถูกแทนด้วยห่วงโซ่ของสองอนุภาคW ตามด้วยห้า o อนุภาคแต่ละผูกไว้กับเพื่อนบ้านโดยมีผลบังคับใช้ฮาร์โมนิที่แข็งแกร่ง จำลองแสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกที่เกิดขึ้นเองก่อตัวของไมเซลล์ [87, 88]. บางปีต่อมา Groot และวอร์เรนแนะนำ Dissipative Dynamics อนุภาค(DPD) เทคนิคการเข้าไปในเขตของระบบชีวภาพ [89] ในเทคนิคนี้กองกำลังจะถูกจัดกลุ่มเข้าด้วยกันเพื่อให้ผลผลิตที่มีประสิทธิภาพแรงเสียดทานและแรงมีความผันผวนระหว่างInterac

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

1.4 โมเลกุลแบบจำลองและการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์

ของเปปไทด์ของเมมเบรน กว่าปีที่จำนวนของทฤษฎีและวิธีการจำลองคอมพิวเตอร์ได้ถูกพัฒนาขึ้นเพื่ออธิบายพฤติกรรมและ

วิธีการปฏิสัมพันธ์เปปไทด์เยื่อเมมเบรน เหล่านี้แตกต่างกันไปในทางระบบเมมเบรนเปปไทด์เป็นช่างปั้นและ
สิ่งที่ประเภทของข้อมูลที่ได้จากแบบจำลองนี้ ตัวอย่างเช่นไขมัน bilayer
สามารถจำลองเป็นหลักเป็นอนันต์ ( กับพื้น ) ระดับของความซับซ้อนแตกต่างกัน
) ผ่านบางประสิทธิภาพด้านการทำงาน วิธีนี้มักจะใช้ในด้านการพัฒนารูปแบบต่างๆ
หมายถึงปี ค่อนข้างบ่อยเพื่อลด
โหลดคอมพิวเตอร์ ตัวทำละลายจะไม่ถูกรวมอยู่ในรุ่นอย่างชัดเจน และแสดงตนเป็น
คิดผ่านการปฏิสัมพันธ์ที่มีประสิทธิภาพระหว่างส่วนประกอบที่เหลือ
ในรูปแบบทั่วไป หมายถึงเขตข้อมูลวิธีการแสดงว่า bilayer ไขมันและบริเวณ
น้ำอธิบายได้จากฟังก์ชันพลังงานเชิงประจักษ์ ในรูปที่ 1.5 มี
เป็นแผนผังของ bilayer ไขมันและน้ำและระยะหนึ่งของ
พลังงานที่เป็นไปได้ฟังก์ชัน f ( Z ) ใช้ในความหมายด้านวิธีการกำหนดระดับ
ไม่ชอบในระบบ เมื่อเปปไทด์หรือโปรตีนถือว่า ( แสดงโดยกระบอก
ในวงจร ) , ระยะเวลา ) รวมอยู่ในฟังก์ชันพลังงาน
ที่มีศักยภาพ ในระยะนี้จะแสดงผลงานของแต่ละชนิดเปปไทด์เปปไทด์ใน

โดยการโต้ตอบแนวทางตามทฤษฎีสนามเฉลี่ยเป็นตนเองที่สอดคล้องกันฟิลด์ ( คอลัมน์ ) ทฤษฎี .
ในคอลัมน์ทฤษฎีแรงแวนเดอร์วาลส์ชนิดการโต้ตอบจะใช้สำหรับประเภทที่แตกต่างกันของ
อนุภาคเช่นเดียวกับเอนโทรปีเปลี่ยนคอนฟิกุเรชันของไขมันหาง leermakers และเพื่อนร่วมงาน
มีทฤษฎีในคอลัมน์ที่ใช้ในชุดของเยื่อหุ้มเซลล์และเยื่อเปปไทด์
การศึกษา [ 57 และ 59 ] ในการศึกษาล่าสุดทฤษฎีในคอลัมน์ยังใช้ โดยเลี่ยงมาและศึกษาผลของโปรตีนในการสนับสนุน
ผสมไขมันสองชั้น [ 60 ] ใน [ 61 ] และ [ 62 ] ,
เขียนคอลัมน์เดียวกันรวมทฤษฎีและทฤษฎีการทำงานความหนาแน่นศึกษา
โครงสร้างเยื่อโปรตีนลิพิดสองชั้น รวมทั้งผลของ
nanosized ไฮโดรโฟบิก inclusions ในไขมันสองชั้น . หมายความว่าทฤษฎีสนามยังใช้
โดย lague และเพื่อนร่วมงาน [ 63 - 65 ] ผู้เขียนใช้
ตามหมายถึงแนวทางเขตผลลัพธ์จากการจำลองรายละเอียดอย่างเต็มที่ปรมาณู เพื่อพัฒนาทฤษฎีสำหรับการกำหนด
โครงสร้างของไขมันโซ่แบบเมมเบรนโปรตีน และเพื่อศึกษาระดับโปรตีนโปรตีน
ไขมันเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ ลาร็อคคา et al . ใช้
สนามหมายถึงทฤษฎีเพื่อหาทิศทางที่เหมาะสมของเปปไทด์ 5 ใน bilayer ไขมัน [ 66 , 67 ]
.
อีกนัยคือตัวทำละลายแบบทั่วไปเกิด / พื้นที่ผิว ( GB / SA ) รุ่น
[ 68 ] อิม et al . ในชุดของการศึกษาได้ใช้วิธีการศึกษาโดย GB / ซา
เปป [ 69 , 70 ] นอกจากนี้ ulmschneider และเพื่อนร่วมงานพัฒนา implicitmembrane
การเป็นตัวแทนและใช้มันในไข้หวัดใหญ่ M2 เปปไทด์และ glycophorin เป็น
เมอร์ [ 71 , 72 ] .
ที่สำคัญข้อจำกัดของหมายถึงสนามตามวิธีซิม -
plifications ที่ต้องทำเพื่อพัฒนาความเป็นไปได้เชิงทฤษฎี
รายละเอียดของ bilayer ไขมันด้วยพลังงานฟรี การทำงานไม่สามารถจับภาพความซับซ้อน
ที่อยู่ในระดับโมเลกุลของเมมเบรนนอกจากนี้ ความยากง่ายในการเชื่อมโยง
ตัวแปรที่ใช้ในรุ่นนี้มีคุณสมบัติทางกายภาพที่ถือเป็นข้อเสียสำคัญ
.
เพื่อเลือกแนวทางที่เหมาะสมจากตัวเลขขนาดใหญ่ของรูปแบบและวิธีการพัฒนา
ช่วง 40-50 ปี มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะกำหนดเป้าหมายระยะยาวของ
การศึกษา