Математическая физика и компьютерное моделирование2587-63252587-690210.15688/mpcm.jvolsu.2023.3.8OtherВлияние переменного электрического поля на систему DPPC-мембраны в водном растворе NaClThe Effect of an Alternating Electric Field on the DPPC Membrane System in an Aqueous NaCl SolutionЗлочевскийИлья ИгоревичZlochevskiyIlya I.il.zlochevsky@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0002-9094-7830ЗавьяловДмитрий ВикторовичZav’yalovDmitry V.sinegordon@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0002-9094-7830Volgograd State Technical University (Volgograd, Russian Federation)Волгоградский государственный технический университет (Волгоград, Российская Федерация)241020232631051110606202326072023https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/CC BY-NC 4.0

В работе представлено исследование влияния переменного электрического поля на DPPC-мембрану, погруженную в водный раствор с ионами NaCl. В исследовании была использована крупно-зернистая модель DPPC-мембраны. Моделирование молекулярной динамики было проведено с использованием пакета для молекулярной динамики GROMACS. Анализ результатов основывался на регистрации изменения распределения заряда таких групп частиц, как: PO4, NC3, Na и Cl. С целью выявления у данной системы свойств, характерных для конденсатора, был проведен расчет зависимости значения общего заряда ионов Na и Cl к разности потенциалов на коробке исследуемой системы. Полученные результаты могут быть использованы как дополнение к практическим исследованиям, а также применены для теоритеческого исследования электрофизических свойств липидных мембран.

The paper presents a study of the influence of an alternating electric field on a DPPC membrane immersed in an aqueous solution with NaCl ions. The coarse-grained model of the DPPC membrane was used in the work. Molecular dynamics simulation was carried out using the GROMACS molecular dynamics package. The analysis of the results was based on the registration of changes in the charge distribution of such groups of particles as: PO4, NC3, Na and Cl. In order to identify the properties characteristic of a capacitor in this system, the dependence of the value of the total charge of Na and Cl ions on the potential difference on the box of the system under study was calculated and electrophysical properties of lipid membranes effects was studied.

DPPC-мембранапеременное электрическое полемолекулярная динамикакрупнозернистая модельконденсаторDPPC-membranealternating electric fieldmolecular dynamicscoarse-grained modelcapacitorВычислительный кластер ВолгГТУ. — Электрон. текстовые дан. — Режим доступа: https://cluster.vstu.ru/. — Загл. с экрана.A Molecular Dynamic Study of Cholesterol Rich Lipid Membranes: Comparison of Electroporation Protocols / M. Casciola, D. Bonhenry, M. Liberti, F. Apollonio, M. Tarek // Bioelectrochemistry. — 2014. — Vol. 100. — P. 11–17. — DOI: https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2014.03.009Delemotte, L. Molecular Dynamics Simulations of Lipid Membrane Electroporation / L. Delemotte, M. Tarek // The Journal of Membrane Biology. — 2012. — Vol. 245. — P. 531–543. — DOI: https://doi.org/10.1007/s00232-012-9434-6El-Beyrouthy, J. Characterizing the Structure and Interactions of Model Lipid Membranes Using Electrophysiology / J. El-Beyrouthy, E. Freeman // Membranes. — 2021. — Vol. 11, № 5. — P. 319. — DOI: https://doi.org/10.3390/membranes11050319Krems, M. Ionic Memcapacitive Effects in Nanopores / M. Krems, Y. V. Pershin, M. Di Ventra // Nano letters. — 2010. — Vol. 10, № 7. — P. 2674–2678. — DOI: https://doi.org/10.1021/nl1014734Lin, X. Transmembrane Potential of Physiologically Relevant Model Membranes: Effects of Membrane Asymmetry / X. Lin, A. A. Gorfe // The Journal of Chemical Physics. — 2020. — Vol. 153, № 10. — P. 105103. — DOI: https://doi.org/10.1063/5.0018303Membrane Potential and Dynamics in a Ternary Lipid Mixture: Insights from Molecular Dynamics Simulations / X. Lin, V. Nair, Y. Zhou, A. A. Gorfe // Physical Chemistry Chemical Physics. — 2018. — Vol. 20, № 23. — P. 63–91. — DOI: https://doi.org/10.1039/C8CP01629AMembrane Electroporation and Electropermeabilization: Mechanisms and Models / T. Kotnik, L. Rems, M. Tarek, D. Miklavcic // Annual Review of Biophysics. — 2019. — Vol. 48. — P. 63–91. — DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-biophys-052118-115451Pluhackova, K. Molecular Dynamics Simulations of Membrane Proteins / K. Pluhackova, T. A. Wassenaar, R. A. Bockmann // Membrane Biogenesis. Methods in Molecular Biology. — 2013. — Vol. 1033. — P. 85–101. — DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-62703-487-6_6Rakesh, G. Electroporation of Skin Stratum Corneum Lipid Bilayer and Molecular Mechanism of Drug Transport: A Molecular Dynamics Study / G. Rakesh, R. Beena // Langmuir. — 2018. — Vol. 34 (20). — P. 5860–5870. — DOI: https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.8b00423Yadollahpour, A. Electroporation as a New Cancer Treatment Technique: A Review on the Mechanisms of Action / A. Yadollahpour, Z. Rezaee // Biomedical and Pharmacology Journal. — 2015. — Vol. 7, № 1. — P. 53–65. — DOI: https://dx.doi.org/10.13005/bpj/452Vychislitelnyy klaster VolgGTU [Computing Cluster of VolgSTU]. URL: https://cluster.vstu.ru/Casciola M., Bonhenry D., Liberti M., Apollonio F., Tarek M. A Molecular Dynamic Study of Cholesterol Rich Lipid Membranes: Comparison of Electroporation Protocols. Bioelectrochemistry, 2014, vol. 100, pp. 11-17. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2014.03.009Delemotte L., Tarek M. Molecular Dynamics Simulations of Lipid Membrane Electroporation. The Journal of Membrane Biology, 2012, vol. 245, pp. 531-543. DOI: https://doi.org/10.1007/s00232-012-9434-6El-Beyrouthy J., Freeman E. Characterizing the Structure and Interactions of Model Lipid Membranes Using Electrophysiology. Membranes, 2021, vol. 11, no. 5, pp. 319. DOI: https://doi.org/10.3390/membranes11050319Krems M., Pershin Y.V., Di Ventra M. Ionic Memcapacitive Effects in Nanopores. Nano letters, 2010, vol. 10, no. 7, pp. 2674-2678. DOI: https://doi.org/10.1021/nl1014734Lin X., Gorfe A.A. Transmembrane Potential of Physiologically Relevant Model Membranes: Effects of Membrane Asymmetry. The Journal of Chemical Physics, 2020, vol. 153, no. 10, pp. 105103. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0018303Lin X., Nair V., Zhou Y., Gorfe A.A. Membrane Potential and Dynamics in a Ternary Lipid Mixture: Insights From Molecular Dynamics Simulations. Physical Chemistry Chemical Physics, 2018, vol. 20, no. 23, pp. 63-91. DOI: https://doi.org/10.1039/C8CP01629AKotnik T., Rems L., Tarek M., Miklavcic D. Membrane Electroporation and Electropermeabilization: Mechanisms and Models. Annual Review of Biophysics, 2019, vol. 48, pp. 63-91. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev-biophys-052118-115451Pluhackova K., Wassenaar T.A., Bockmann R.A. Molecular Dynamics Simulations of Membrane Proteins. Membrane Biogenesis. Methods in Molecular Biology, 2013, vol. 1033, pp. 85-101. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-62703-487-6_6Rakesh G., Beena R. Electroporation of Skin Stratum Corneum Lipid Bilayer and Molecular Mechanism of Drug Transport: A Molecular Dynamics Study. Langmuir, 2018, vol. 34 (20), pp. 5860-5870. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.8b00423Yadollahpour A., Rezaee Z. Electroporation as a New Cancer Treatment Technique: A Review on the Mechanisms of Action. Biomedical and Pharmacology Journal, 2015, vol. 7, no. 1, pp. 53-65. DOI: https://dx.doi.org/10.13005/bpj/452