Berechnung des dielektrischen Permittivitätsprofils für ein nicht einheitliches System: Anwendung auf eine Lipid-Doppelschicht-Simulation

Wir leiten einen Ausdruck ab, der das statische dielektrische Permittivitätsprofil für ein in einer Dimension nicht einheitliches System mit Korrelationen zwischen dem Nettodipolmoment des Systems und der lokalen Polarisationsdichte in Beziehung setzt. Das Permittivitätsprofil einer Dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC) Lipiddoppelschicht in Wasser wird aus einer All-Atom-Molekulardynamik-Simulation über 20 ns berechnet. Die Komponente der Permittivität, die parallel zur Doppelschicht verläuft, zeigt einen nichtmonotonen Rückgang von dem Wert im unterem Wasser zu dem Wert im Membranintern; die Grenzfläche selbst hat eine sehr hohe Permittivität, die größer ist als die von unterem Wasser. In hochdieelektrischen Regionen ist es aufgrund großer numerischer Unsicherheit nicht möglich, eine quantitative Schätzung der Komponente normal zur Doppelschicht zu erhalten. Der berechnete Korrelationsfunktionswert ist jedoch mit einem Wert für die Grenzfläche konsistent, der mindestens so groß wie der von unterem Wasser ist. Im Allgemeinen ist der Übergang zu einer niederdieelektrischen Umgebung scharf und befindet sich an der inneren Grenze des Bereichs, in dem eine signifikante Wahrscheinlichkeit besteht, die polaren Kopfgruppen zu finden.