Molecular simulation of model membranes

Tüm canlı hücrelerde bulunan biyolojik membranlar yaşamın devamını sağlayan hayati yapılar olmakla birlikte canlı yapıların canlı kalabilmelerini sağlayan etmenlerden biridir. Hücrelerin dış sınırları ile hücre içi organelleri ayıran bariyer görevi yapan ince tabakalardır. Bu nedenle bu yapıların fonksiyonlarının belirlenmesi oldukça önemlidir. Model membran sistemlerinde sıcaklığın ve sisteme dahil edilen ilaç-aktif madde miktarının membran sisteminin özelliklerini ve davranışını değiştirdiği bilinmektedir. Tüm bu nedenlerle bu çalışmada amacımız dipalmitol fosfatidilkolin (DPPC) moleküllerinden oluşan membran sistemi oluşturmak ve su içerisinde farklı sıcaklıklarda enerji minimizasyonu gerçekleştirmektir. Bu amaç doğrultusunda önce tek bir DPPC molekülü ele alınarak yapısı yoğunluk fonksiyonel teorisi yöntemlerinden B3LYP/6-31G(d) ile gaz fazında ve su ortamında, Gaussian programı kullanılarak incelenmiştir. Molekülün geometrik parametreleri, titreşim frekansları ve elektriksel bant aralığı gibi özelliklerin yanında, çözücü etkisi de değerlendirilmiştir. Daha sonra yetmiş iki DPPC molekülünden oluşan çift katmanlı yapı su ortamına yerleştirilip moleküler dinamik yöntemler kullanılarak NAMD programı ile ele alınmıştır. Lipit başına düşen alan ve membran kalınlığı gibi çift katmana ait özellikler hesaplanmış ve literatürdeki değerlerle karşılaştırılmıştır. Gerçek biyolojik membranların yapılarının kompleks olması sebebiyle bir veya daha fazla lipit türünden meydana gelen model membranlar üzerinde araştırma yapmak, bu yapılar hakkında fiziksel bilgiler elde etmede, hastalıkların sebebini bulmada ve tedavide ilaç-lipit etkileşim mekanizmasını anlamada yeni ufuklar açabilir.Biological membranes, which could be found in all living cells, are a vital part of the living structure and a factor that keeps a living structure alive. They act as a thin barrier that seperate the outer media from the inner organelles. For this reason, determining the functions of these structures is highly important. In model membrane systems, it is known that temperature and amount of drug-active agents change the properties and behaviour of the structure. Considering all these reasons, the purpose of this study is to create the membrane system from dipalmitoyl phosphatidylcholine (DPPC) molecules in water and to carry out the energy minimisation of this membrane system. In accordance with this purpose, a single DPPC molecule is studied with the method B3LYP/6-31G(d) of density functional theory in gas phase and water medium, with Gaussian programme. Some properties like geometrical parameters, vibrational frequencies and electrical band gap are calculated and effect of solvent is evaluated as well. Afterwards, a bilayer created from seventy two DPPC molecules put into water medium and calculated via molecular dynamic methods using NAMD programme. Some properties like area per lipid and membrane thickness are calculated and compared with literature. Due to the complexity of real biological membranes, studying model membranes created from one or more lipid types can path way to obtain physical informations about these systems, to discover the reasons of multiple diseases and to understand the drug-lipid interaction for treatment