Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2023.

Bibliography: pages 57-72.

The one-microsecond molecular dynamics simulations of a membrane-protein complex investigate the influence of the aqueous sodium chloride solutions on the structure and dynamics of a palmitoyl-oleoyl-phosphatidylcholine bilayer membrane. The simulations were performed on five different concentrations (40, 150, 200, 300, and 400 mM) in addition to a salt-free system by using the charmm36 force field for all atoms. Four biophysical parameters, (membrane thicknesses of annular and bulk lipids, and the area per lipid of both leaflets), were computed separately. Nevertheless, the area per lipid was expressed by using the Voronoi algorithm. All time-independent analyses were carried out for the last 400 ns trajectories. Different concentrations revealed dissimilar membrane dynamics before equilibration. The biophysical properties of the membrane (thickness, area-per-lipid, and order parameter) have non-significant changes with increasing ionic strength, however, the 150 mM system had exceptional behavior. Sodium cations were dynamically penetrating the membrane forming weak coordinate bonds with single or multiple lipids. Nevertheless, the binding constant was unaffected by the cation concentration. The electrostatic and Van der Waals energies of lipid-lipid interactions were influenced by the ionic strength. On the other hand, the Fast Fourier Transform was performed to figure out the dynamics at the membrane-protein interface. The nonbonding energies of membrane-protein interactions and order parameters explained the differences in the synchronization pattern. All results were consensus with experimental and theoretical works.

على مدى الأعوام السابقة، تم دراسة تأثير تركيز المحاليل الايونية على بنية وديناميكيات الاغشية البيولوجية عمليا ونظريا. وهذا لما لها من أهمية في تفسير بعض الوظائف الحيوية بجانب التطبيقات المتعددة في التكنولوجيا الحيوية. لكن هذه الابحاث اهتمت بدراسة الغشاء اما مكونا من نوع واحد من الدهون او في وجود أكثر من نوع. في هذه الاطروحة، تم دراسة تأثير تركيزات من محاليل كلوريد الصوديوم على غشاء ثنائي الطبقة بالميتويل-أوليويل-فوسفاتيديل كولين (POPC) في وجود بروتين (bacteriorhodopsin) بمحاكاة الديناميكا الجزيئية. تم إجراء عمليات المحاكاة على خمسة تراكيز مختلفة (40 ، 150 ، 200 ، 300 ، و 400 ملي مولار) بالإضافة إلى نظام خالٍ من الملح باستخدام (charmm36 forcefield) لجميع الذرات. وجود البروتين اثر بتمييز الغشاء الى منطقة محيطة به (annular) و أخرى بعيده (bulk). و على ذلك، تم حساب أربعة متغيرات فيزيائية حيوية (متوسط سماكة الغشاء للمنطقتين (annular and bulk)، و المساحة الدهنية في كلا الطبقتين) ، بشكل منفصل. و قد استخدمنا خوارزمية فورونوي (Voronoi) لحساب المساحة لكل جزيء دهن بتصميم برنامج بلغة البايثون (Python). جميع التحليلات تمن خلال اخر 400 نانو ثانية. تحتوي الخصائص الفيزيائية الحيوية للغشاء على تغيرات غير فعالة مع زيادة القوة الأيونية ، ومع ذلك ، كان لنظام 150 ملي مولار سلوكًا استثنائيًا. بالنسبة لتفعل ايونات الصوديوم ، وجد انها تخترق الغشاء ديناميكيًا وتشكل روابط تنسيق ضعيفة مع دهون مفردة أو متعددة و تعاود الخروج منه باستمرار. لم يتأثر معامل الترابط الأيوني مع الغشاء بالتركيز. اما بالنسبة لدراسة ديناميكا الغشاء حول البروتين ، فقد تمت بحساب (Fast Fourier Transform) حيث أوضحت الطاقات غير المترابطة لتفاعلات الغشاء والبروتين ومعلمات الترتيب الاختلافات في نمط التزامن. جميع النتائج كانت متوافقة مع النتائج التجريبية والنظرية.

Issues also as CD.

Text in English and abstract in Arabic & English.