Atomic-scale molecular dynamics simulations of mitochondrial membranes with salt

Abstract

Computational methods represent a middle ground between theory and experiment. Molecular dynamics, a classical method, has become widely used in biophysics research during the last decades. With atomic scale modelling, detailed information about the structural and dynamical properties of living matter can be gained. Clarifying the small-scale interactions is a prerequisite to understanding the mechanisms underlying biological phenomena. Mitochondria are present in virtually all cells of higher organisms. As a result of their critical role in the energy metabolism, they are often called the powerhouses of cells. Mitochondria have an elaborate membrane structure with energy production centered in the folds of the inner membrane. In addition to their vital importance to cellular function, several intriguing structural features of the inner mitochondrial membranes make them appealing subjects of study. Here it was elucidated the basic characteristics of mitochondrial membranes under the influence of salt. The objective of the current work was to investigate how the proximity of ions modifies the properties of similar bilayers. For this purpose, atomic scale molecular dynamics simulations of model membranes with salt were carried out.

AB3:Laskennallisia menetelmiä voidaan pitää teorian ja kokeellisen tutkimuksen välimaastona. Viime vuosikymmeninä klassinen molekyylidynamiikkamenetelmä on saavuttanut suosiota biofysiikan tutkimusalalla. Atomitason mallintamisella voidaankin saada yksityiskohtaista tietoa sekä elävän aineen rakenteellisista että dynaamisista ominaisuuksista. Näiden pienen mittakaavan vuorovaikutusten selvittäminen on välttämätön biologisten ilmiöiden ja niihin liittyvien mekanismien ymmärtämisen kannalta. Mitokondrioita esiintyy käytännöllisesti katsoen kaikissa korkeampien organismien soluissa. Energia-aineenvaihdunnan kannalta keskeisen roolinsa takia mitokondrioita kutsutaan usein solujen voimanpesiksi. Energian tuotanto on keskittynyt mitokondrion poimuttuneeseen sisäkalvoon. Sekä sisäkalvon omintakeinen rakenne että sen elintärkeys solun toiminnan kannalta tekevät siitä mielenkiintoisen tutkimuskohteen. Diplomityössä tarkasteltiin mitokondrion kalvojen luonteenominaisuuksia suolan vaikutuksen alaisena. Tarkoituksena oli tutkia ionien aiheuttamia muutoksia mallikalvojen ominaisuuksiin atomitason molekyylidynamiikkasimulaatioiden avulla.