Modèle à grain grossier pour des simulations lipidiques semi-quantitatives

Cet article décrit la paramétrisation d'un nouveau modèle à grain grossier (CG) pour les systèmes lipidiques et de surfactants. La réduction du nombre de degrés de liberté, associée à l'utilisation de potentiels de courte portée, le rend très efficace sur le plan computationnel. Par rapport aux modèles atomistiques, un gain de 3 à 4 ordres de grandeur peut être atteint. Des échelles de longueur micrométriques ou des échelles de temps milliseconde sont donc à portée de main. Pour encourager les applications, le modèle est maintenu très simple. Seul un petit nombre de types d'atomes à grain grossier est défini, qui interagissent selon quelques niveaux discrets d'interaction. Malgré la rapidité computationnelle et la nature simpliste du modèle, il se révèle à la fois polyvalent dans ses applications et précis dans ses prévisions. Nous montrons que les densités des alcans liquides allant du décane à l'éicosane peuvent être reproduites à moins de 5 %, et que les solubilités mutuelles des alcans dans l'eau et de l'eau dans les alcans peuvent être reproduites à l'intérieur de 0,5 kT des valeurs expérimentales. Le modèle CG pour la dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC) s'agrège spontanément en une bicouche. Les propriétés structurelles telles que la surface par groupe de tête et la distance phosphate−phosphate correspondent étroitement aux quantités mesurées expérimentalement. Il en va de même pour les propriétés élastiques telles que le module de flexion et la compressibilité de surface, ainsi que pour les propriétés dynamiques telles que le coefficient de diffusion latéral des lipides et le taux de perméation de l'eau. La distribution des composants lipidiques individuels le long de la normale à la bicouche est très similaire aux distributions obtenues à partir de simulations atomistiques. Les phospholipides avec un groupe de tête différent (éthanolamine) ou des longueurs de queue différentes (lauryl, stéaryl) ou des queues insaturées (oléyl) peuvent également être modélisés avec le champ de force CG. La surface par groupe de tête mesurée expérimentalement peut être reproduite pour la plupart des lipides à l'intérieur de 0,02 nm2. Enfin, le modèle CG est appliqué aux phases non bicouches. La dodécylphosphocholine (DPC) s'agrège en petites micelles qui sont structurellement très similaires à celles modélisées de manière atomistique, et le DOPE forme une phase hexagonale inversée avec des paramètres structurels en accord avec les données expérimentales.