Molecular dynamics simulations of glyphosate in a DPPC lipid bilayer.
Chem Phys Lipids · 2018 · 213:111-117 · PMID 29684323 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 농업과 정책 > 기타·종설
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글리포세이트(중성형 및 전하를 띤 형태인 GLYP와 GLYP2-)가 완전히 수화된 디팔미토일포스파티딜콜린(DPPC) 지질 이중층에 미치는 영향을 연구하기 위해 광범위한 분자 동역학 시뮬레이션이 수행되었다. 먼저, 글리포세이트의 두 전하 상태 모두에 대해 자유 에너지 프로파일(Umbrella Sampling 기법 사용)을 계산하였다. GLYP의 경우, 지질 이중층 중심으로부터 z = ±1.7 nm에서 ∼-60 kJ mol⁻¹의 최소값이 관찰되었으며, 지질 이중층 중심에서는 거의 최대값이 존재하지 않았다. 대조적으로, GLYP2-의 경우, 지질 이중층 중심으로부터 z = ± 1.4 nm에서 ∼-35 kJ mol⁻¹의 최소값이 위치하였고, 지질 이중층 중심에서는 최대값이 ∼35 kJ mol⁻¹에 도달하였다. 이후, 다양한 글리포세이트:지질(G:L) 비율에 대해 다른 지질 이중층 특성들이 분석되었다. 지질당 평균 면적은 약간 영향을 받았으며, 고농도에서 글리포세이트가 존재할 때 5% 증가하는 것으로 나타났는데, 이는 중수소 질서 매개변수의 약간의 감소와 일치한다. 이중층 두께에 관해서는 전하 상태에 따라 상반된 효과가 나타나는 것이 관찰되었다. 한편으로는 중성 상태가 지질 이중층의 두께 증가를 유발하였고, 다른 한편으로는 전하 형태가 두께 감소를 유발하였으며, 이는 G:L 비율에 선형적으로 의존하지 않았다. DPPC 머리 그룹의 배향은 연구된 G:L 비율 범위 전체에서 실질적인 영향을 받지 않았다. 마지막으로, 이중층 지질의 이동성은 글리포세이트의 존재에 의해 강하게 영향을 받았으며, G:L 비율이 증가함에 따라 측면 확산 계수가 주목할 만하게(한 자릿수) 크게 증가하였다.ORIGINAL ABSTRACT
Extensive molecular dynamics simulations have been performed to study the effect of glyphosate (in their neutral and charged forms, GLYP and GLYP2-, respectively) on fully hydrated DiPalmitoylPhosphatidylCholine (DPPC) lipid bilayer. First, we calculated the free energy profile (using the Umbrella Sampling technique) for both states of charge of glyphosate. The minimum value for the free energy for GLYP is ∼-60 kJ mol-1 located at z = ±1.7 nm (from the lipid bilayer center), and there is almost no maximum at the center of the lipid bilayer. By contrast, the minimum for GLYP2- is ∼-35 kJ mol-1 located at z = ± 1.4 nm (from the lipid bilayer center), and the maximum reaches ∼35 kJ mol-1 at the center of the lipid bilayer. Then, different lipid bilayer properties were analyzed for different glyphosate:lipid (G:L) ratios. The mean area per lipid was slightly affected, increasing only 5% (in the presence of glyphosate at high concentrations), which is in agreement with the slight decrease in deuterium order parameters. As for the thickness of the bilayer, it is observed that the state of charge produces opposite effects. On one hand, the neutral state produces an increase in the thickness of the lipid bilayer; on the other, the charged form produces a decrease in the thickness, which not depend linearly on the G:L ratios, either. The orientation of the DPPC head groups is practically unaffected throughout the range of the G:L ratios studied. Finally, the mobility of the lipids of the bilayer is strongly affected by the presence of glyphosate, considerably increasing its lateral diffusion coefficient noteworthy (one order of magnitude), with increasing G:L ratio.| 저자 | Frigini, E. N.; López Cascales, J. J.; Porasso, R. D. |
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| 저널 | Chemistry and physics of lipids |
| 권·호·쪽 | 213, 111-117 |
| PMID | 29684323 |
| DOI | 10.1016/j.chemphyslip.2018.04.003 |
| MeSH | 1,2-Dipalmitoylphosphatidylcholine; Deuterium; Diffusion; Glycine; Lipid Bilayers; Molecular Dynamics Simulation; Thermodynamics; Glyphosate |