Computer-Simulationen von Hydrationskräften zwischen Phospholipid Doppelschichten

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Phospholipid Doppelschichten sind ein wichtiges Strukturelement in biologischen Membranen. Um die Adhäsion und Fusion zwischen Membranoberflächen quantitativ zu beschreiben, ist ein detailiertes Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Phospholipidschichten in wässriger Umgebung erforderlich. In dem hier vorgeschlagenen Forschungsvorhaben wollen wir zum ersten mal die Kräfte zwischen Phospholipidschichten mit Hilfe von Computermodellen simulieren, die den experimentellen Bedingungen in einem Surface Force Apparatus (SFA) entsprechen. In den Experimenten ist Wasser zwischen zwei Phospholipidbilagen eingeschlossen, Wassermoleküle können aber, wie in den von uns geplanten Grand Canonical Monte Carlo (GCMC) Simulationen, mit dem umgebenem Volumenreservoir ausgetauscht werden. In den GCMC Simulationen werden optimierte Methoden zur Beschleunigung der Rechnungen eingesetzt, wie z.B. excluded volume mapping und Swendsen-Wang Filterung für den Austausch von Wassermolekülen und optimierte local move MC Methoden zur Untersuchung der Molekülkonformationen in den Phospholipidschichten. Die simulierten Kraft-Abstands-Beziehungen erlauben eine Bestimmung der Solvationskräfte und deren Korrelation mit den molekularen Strukturen in den Lipidschichten. Ein Vergleich der Modellrechnungen mit den Experimenten wird Aufschluß über die relative Bedeutung der Solvatationskräfte für die Wechselwirkung zwischen biologischen Membranen liefern.