系统大小对多组分脂质双层生物物理性质的影响：一项基于分子动力学模拟的系统研究

《Journal of Chemical Information and Modeling》：Impact of System Size on the Biophysical Properties of Multicomponent Lipid Bilayers: A Systematic Study Using Molecular Dynamics Simulations

膜脂模型尺寸对生物物理性质的影响研究。采用复杂脂质混合物（POPC/SOPS/SOPE/PSM/SAPI/胆固醇）模拟真核细胞膜，通过分子动力学模拟系统考察不同尺寸（50-300脂质/层）对面积、厚度、倾角等参数的影响，发现至少150脂质/层（8×8 nm2）的膜片模型能准确反映膜脂与药物相互作用特性。

　　

了解膜脂质与小分子药物的相互作用对于麻醉剂、抗菌剂、表面活性剂和生物农药的应用至关重要。关键问题包括确定影响药物对目标膜亲和力的因素，以及阐明它们在脂质双层中的相互作用和转运机制。分子动力学模拟是一种广泛用于高分辨率表征这些相互作用的工具。鉴于不同细胞类型和亚细胞区室的脂质组成具有高度复杂性，膜模型必须考虑这种多样性，以准确反映所研究膜的化学、结构和动态特性。然而，大多数模拟研究使用的是由纯脂质或二元脂质混合物组成的小片膜模型，每个膜片通常包含20到120个脂质分子。在这项研究中，我们系统地探讨了模型膜片大小对由复杂脂质混合物构成的对称脂质双层生物物理性质的影响。我们使用了POPc、SOPS、SOPE、PSM、SAPI和胆固醇的混合物来模拟真核细胞膜，并确定了准确再现关键生物物理性质所需的最小膜片尺寸。我们构建了六种不同大小的膜模型，每个膜片包含50到300个脂质分子，在两种不同的胆固醇浓度下进行模拟，总模拟时间为11.6微秒。每个系统的模拟时间都至少是达到热平衡所需时间的四倍，以确保有足够的采样数据进行分析。通过计算每个脂质分子所占的面积、脂质双层厚度、脂质头部倾斜角度、二维径向分布函数、脂质尾部展开角度、脂质堆积缺陷、面积压缩性以及横向压力分布等指标，我们发现一个大约8×8纳米大小的膜片（每个膜片包含至少150个脂质分子）能够提供稳健且高效的膜结构和动态特性采样，并具有足够的表面积来捕捉膜脂质与小分子之间的相互作用。