search query: @keyword lipid bilayer / total: 4
results-list
reference: 4 / 4
« previous | next »
Author:Murtola, Teemu
Title:Coarse-Grained Model for Phospholipid/Cholestrol Bilayer
Karkeistettu malli fosfolipidi-kolesterolikaksoiskerrokselle
Publication type:Master's thesis
Publication year:2004
Pages:81      Language:   eng
Department/School:Teknillisen fysiikan ja matematiikan osasto
Main subject:Fysiikka (laskennallinen fysiikka)   (Tfy-105)
Supervisor:Ala-Nissilä, Tapio
Instructor:Vattulainen, Ilpo ; Falck, Emma
OEVS:
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Instructions
close

Reading digital theses in the closed network of the Aalto University Harald Herlin Learning Centre

In the closed network of Learning Centre you can read digital and digitized theses not available in the open network.

The Learning Centre contact details and opening hours: https://learningcentre.aalto.fi/en/harald-herlin-learning-centre/

You can read theses on the Learning Centre customer computers, which are available on all floors.

Logging on to the customer computers

  • Aalto University staff members log on to the customer computer using the Aalto username and password.
  • Other customers log on using a shared username and password.

Opening a thesis

  • On the desktop of the customer computers, you will find an icon titled:

    Aalto Thesis Database

  • Click on the icon to search for and open the thesis you are looking for from Aaltodoc database. You can find the thesis file by clicking the link on the OEV or OEVS field.

Reading the thesis

  • You can either print the thesis or read it on the customer computer screen.
  • You cannot save the thesis file on a flash drive or email it.
  • You cannot copy text or images from the file.
  • You cannot edit the file.

Printing the thesis

  • You can print the thesis for your personal study or research use.
  • Aalto University students and staff members may print black-and-white prints on the PrintingPoint devices when using the computer with personal Aalto username and password. Color printing is possible using the printer u90203-psc3, which is located near the customer service. Color printing is subject to a charge to Aalto University students and staff members.
  • Other customers can use the printer u90203-psc3. All printing is subject to a charge to non-University members.
Location:P1 Ark TF80     | Archive
Keywords:coarse-grained model
lipid bilayer
cholesterol
karkeistettu malli
lipidikaksoiskerros
kolesteroli
Abstract (eng): Biological membranes are complex systems with a large number of degrees of freedom.
One of the main structural components of these membranes is a lipid bilayer.
Computer simulations of lipid bilayers are very challenging: many interesting phenomena occur at much longer length and time scales than those accessible with atomic-level simulations.
For studies beyond the microscopic regime, simplified coarse-grained models are therefore needed.

We have constructed a simple, two-dimensional coarse-grained model for a lipid bilayer consisting of dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC) and cholesterol.
The model has been constructed using a so-called Inverse Monte Carlo method, using results from atomic-level molecular dynamics simulations as input.
The main goals have been to apply the Inverse Monte Carlo technique to lipid bilayers and find how it is suited for studying the large-scale properties of bilayers.
In addition, we have explored the limitations of this approach.

In our model each molecule is described by a single point-like particle.
To find effective interactions for the coarse-grained particles, we have first performed detailed molecular dynamics simulations of the system at various cholesterol concentrations over a wide concentration range.
We have then used the Inverse Monte Carlo method to construct effective interaction potentials for the particles.
These potentials are constructed such that the radial distribution functions calculated from the coarse-grained system are identical to those calculated from the molecular dynamics simulations.
Therefore the model gives correct results for structural properties at short length scales.

Using the coarse-grained model, we have performed Monte Carlo simulations to study the large-scale structural properties of lipid bilayers.
These results seem promising.
We see evidence of formation of cholesterol-rich and cholesterol-poor domains at intermediate cholesterol concentrations.
This is in agreement with the phase diagram of the system. \\lork is still in progress to further understand the nature of this organisation.
We have also found that the model is unable to describe the liquid crystalline to gel transition of pure DPPC bilayers.
Additionally, we have learnt that the effective potentials are rather specific to both the concentration and temperature in which they were determined.
We have also performed Brownian dynamics simulations to study general relationships between different diffusion coefficients.

From these studies we can conclude that our approach for constructing coarse-grained models can be a useful tool in the future.
It allows relatively easy adjustment of the level of coarse-graining, and it can be applied to various systems without major modifications.
Also, our model could be improved in several ways to account for e.g. the ordering of the hydrocarbon tails of the DPPC molecules.
Thus active research on the subject continues.
Abstract (fin): Biologiset membraanit kuten solukalvot ovat monimutkaisia systeemejä.
Yksi niiden keskeisimmistä rakenneosista on lipidikaksoiskerros.
Lipidikaksoiskerrosten simulointi tietokoneella on haastavaa, sillä monet mielenkiintoiset ilmiöt tapahtuvat paljon suuremmassa mittakaavassa kuin mitä atomitason simulaatioilla voidaan saavuttaa.
Tämän takia suuremman skaalan ilmiöiden tutkimiseen tarvitaan yksinkertaistettuja eli karkeistettuja malleja.

Tässä työssä on muodostettu yksinkertainen, kaksiulotteinen malli dipalmitiinifosfatidyylikoliinista (DPPC) ja kolesterolista muodostuvalle lipidikaksoiskerrokselle.
Mallin muodostamisessa on käytetty niin kutsuttua Inverse Monte Carlo (IMC) -tekniikkaa käyttäen hyväksi atomitason molekyylidynamiikkasimulaatioista laskettuja tuloksia.
Tärkeimpinä tavoitteina on ollut IMC-tekniikan soveltaminen lipidikaksoiskerroksiin tämän lähestymistavan soveltuvuuden arvioimiseksi, kaksoiskerroksen suuren skaalan ominaisuuksien tutkiminen ja yksinkertaistetun mallin rajojen tutkiminen.

Karkeistetussa mallissa jokainen molekyyli on kuvattu yksittäisellä pistemäisellä hiukkasella.
Näiden hiukkasten väliset vuorovaikutukset on laskettu kahdessa vaiheessa: ensin on tehty atomitason molekyylidynamiikkasimulaatioita, joista hiukkasille on laskettu parikorrelaatiofunktiot.
Tämän jälkeen on sovellettu IMC-tekniikkaa, joka etsii sellaiset vuorovaikutukset, joita käyttäen karkeistettu malli antaa samat parikorrelaatiofunktiot kuin molekyylidynamiikkasimulaatiot.
Tämä takaa, että malli antaa oikeat rakenteelliset ominaisuudet pienessä skaalassa tarkasteltuna.

Mallin muodostamisen lisäksi tässä työssä on tutkittu lipidikaksoiskerroksen suuren mittakaavan rakenteellisia ominaisuuksia käyttäen muodostettua karkeistettua mallia ja Monte Carlo -simulaatiotekniikkaa.
Tulokset vaikuttavat lupaavilta.
Pienillä ja suurilla kolesterolikonsentraatioilla kolesteroli vaikuttaa jakautuvan tasaisesti, mutta näiden konsentraatioiden välissä nähdään kolesterolirikkaiden alueiden muodostumista.
Tämä on sopusoinnussa alkuperäisen systeemin faasikäyttäytymisen kanssa.
Tutkimusta tämän järjestäytymisen luonteesta jatketaan edelleen.
Simulaatioista havaitaan myös, että malli ei pysty kuvaamaan puhtaan DPPC-kaksoiskerroksen nestekiteisestä faasista geelifaasiin tapahtuvaa transitiota.
Lisäksi havaitaan, että lasketut vuorovaikutuspotentiaalit eivät sovellu erityisen hyvin simulointiin kaukana siitä konsentraatiosta ja lämpötilasta, jossa ne on määritetty.
Tässä työssä on tutkittu myös lyhyesti eri diffuusiotekijöiden välisiä yhteyksiä.

Tulosten perusteella käytetty lähestymistapa voi olla tulevaisuudessa hyödyllinen työkalu karkeistettujen mallien rakentamisessa.
Karkeistuksen taso on helposti säädettävissä, ja lähestymistapaa voi soveltaa erilaisiin systeemeihin.
Tässä työssä käytettyä mallia voisi myös parantaa monin tavoin, esimerkiksi sisällyttämällä DPPC-molekyylien järjestäytyminen malliin.
Tutkimuksia aihepiiristä jatketaan edelleen.
ED:2004-07-14
INSSI record number: 25430
+ add basket
« previous | next »
INSSI