Investigation of Structure of the Membrane Rafts by Means of Computer Modeling

Abstract

Понимание структуры биологической мембраны и ее роли в клетке значительно развилось после введения классической жидкомозаичной модели Сингера и Николсона. Позже жидкомо-заичная модель мембраны была переработана и дополнена, значительно усложнена. Экспериментально было доказано, что мембрана состоит из так называемых рафтов, которые представляют собой функциональные «островки» из липидов определенного состава с белками. Липидные рафты играют центральную роль во многих клеточных процессах, в том числе в барьерных функциях мембраны, поляризации клеток и передаче сигналов. Несколько групп патогенных микроорганизмов, бактерий, прионов, вирусов, паразитов используют липидные рафты для своих целей. Рафты всегда возникают с обеих сторон мембраны напротив друг друга, однако природа двуслойности рафтов до сих пор мало изучена. Ранее теоретически было рассчи-тано, что сдвиг монослоев рафта и возможность деформации межмонослойной поверхности являются для системы дополнительными степенями свободы, что приводит к уменьшению граничной механической энергии, и, в конечном счете, является причиной двуслойности рафта. В данной работе методами молекулярного моделирования мы изучаем энергию взаимодействия монослоев рафта, проверяя гипотезу об их сдвиге относительно друг друга.Ключевые слова: клеточная мембрана, рафт, молекулярная динамика, молекулярное модели-рование. investigAtion of struCture of the membrAne rAfts by meAns of Computer modelingBozdaganyan M.E., Shaitan K.V.Understanding the structure of the biological membrane and its role in the cell has evolved significantly since the introduction of the classical fluid mosaic model by Singer and Nicholson. Later fluid mosaic model has been redesigned, expanded and has become considerably complicated. It has been experimentally proved that the membrane consists of so-called rafts, which are functional "islands" with the specific lipid composition with proteins. Lipid rafts play a central role in many cellular processes, including barrier functions, membrane polarization and the cell signaling. Several groups of pathogens, bacteria, prions, viruses, parasites use lipid rafts for their purposes. Rafts always occur on both sides of the membrane opposite to each other, but the nature of the two-layer rafts are still poorly understood. Previously it was theoretically calculated that the shift of the monolayers in raft occurs, which reduces the mechanical energy of the boundaries, and ultimately leads to a bilayer structure of the raft. In this study with the help of computer modeling we study the energy of interaction between two monolayers of the raft in order to test the hypothesis about their relative shift.