Cholesterol is a steroid lipid that belongs to alcohols. In vivo, its function as a precursor in the synthesis of steroid hormones and bile acids as well as a modulator of the biophysiochemical state of cell membranes is well understood. The oxidation of the cholesterol spine leads to the formation of oxysterols and peroxysterols. Many recent studies show that cholesterol, oxy- and peroxysterols have additional, important and specific biological functions. Among others, it is believed that the self-association of cholesterol and its derivatives may play a role in the development of atherosclerosis. It has been experimentally confirmed that in aqueous solutions and organic solvents, cholesterol and its oxy and peroxide derivatives form energetically stable aggregates. In this work, energy of aggregates formation, i.e. cholesterol, 7α/ßhydroxysterol or 7-α/ß-hydroperoxysterol with cholesterol dimer, were investigated by molecular dynamics. A simulation of pulling molecules towards each other was performed. Then, by sampling the configuration space of the system along the pulling coordinate, energy profiles were obtained using umbrella sampling method. Superposition of histograms allowed to determine the course of the reaction energy profile, including free energy of the aggregation. The configuration of stable aggregates has been analyzed. The study confirmed that in each of the studied cases, an energy-stable trimer is formed in the aggregation process. The minimum usually falls at the distance X between the centers of mass of the dimer and the related particle.. The trimerization energy of the three-cholesterol system was about -6.12 kcal/mol. The free energy of the system with 7α-oxysterol is about -5.36 kcal/mol, and the system with 7ß-oxysterol is about -6.23 kcal/mol. The other two systems, i.e. the system with 7α-hydroperoxysterol and the system with 7ß-hydroperoxysterol, have energy of approx. -5.51 kcal/mol and approx. -5.22 kcal / mol, respectively. The differences between the calculated free energies are small, but suggest that the oxidized forms of the aggregate do not contribute to the energy gain from the reaction. The conformation of molecules in the system is usually determined by alkyl groups attached to the skeleton of the molecules or additional oxygen groups at carbon 7. Both are primarily directed towards the solvent. For the systems with 7α/ßhydroperoxysterol, all the molecules lie side by side in parallel state most often.
Cholesterol to zaliczany do alkoholi lipid z rodziny steroidów. In vivo doskonale poznano jego funkcję jako prekursora w syntezie hormonów steroidowych i kwasów żółciowych oraz modulatora stanu biofizykochemicznego błon komórkowych. Utlenienie szkieletu cholesterolu prowadzi do powstania oksysteroli i peroksysteroli. Wiele ostatnich badań pokazuje, że cholesterol, oksy- i peroksysterole, mają dodatkowe, ważne i specyficzne funkcje biologiczne. Między innymi uważa się, że asocjacja cholesterolu i jego pochodnych może odgrywać rolę w powstawaniu miażdżycy. Wiele razy potwierdzono eksperymentalnie, że w roztworach wodnych oraz rozpuszczalnikach organicznych, cholesterol oraz jego pochodne oksy- i peroksysterole tworzą stabilne energetycznie agregaty. W niniejszej pracy badano metodami dynamiki molekularnej energetykę powstawania agregatów cholesterolu, to jest cholesterolu, 7α/ß-oksysterolu lub 7α/ß-peroksysterolu z dimerem cholesterolu. W tym celu wykonano symulację zbliżania badanych cząsteczek, a następnie, próbkując przestrzeń konfiguracyjną układu wzdłuż współrzędnej przyciągania, otrzymano profile energetyczne metodą próbkowania parasolowego (ang. umbrella sampling, US). Nałożone na siebie pozwoliły określić przebieg profilu energetycznego reakcji oraz energię swobodną agregacji. Przeanalizowano również konfiguracje układów dla stabilnych agregatów. W pracy potwierdzono, że w każdym z badanych przypadków w procesie agregacji powstaje stabilny energetycznie trimer. Minimum wypada zwykle w odległości X między środkami masy dimeru i zbliżanego związku. Obliczona energia trimeryzacji układu zbudowanego z trzech cholesteroli wynosi ok. -6,12 kcal/mol. Energia swobodna układu z 7α-oksysterolem to ok. -5,36 kcal/mol, a układu z 7ßoksysterolem ok. -6,23 kcal/mol. Pozostałe dwa układy, tj. układ z 7αperoksysterolem i układ z 7ß-peroksysterolem, mają energię odpowiednio ok. 5,51 kcal/mol i ok. -5,22 kcal/mol. Różnice pomiędzy obliczonymi energiami swobodnymi są niewielkie, ale sugerują, że utlenione formy agregatu nie przyczyniają się do zysku energetycznego z reakcji. Ułożenie cząsteczek w układzie warunkują przeważnie grupy alkilowe przyczepione do szkieletu cząsteczek lub dodatkowe grupy tlenowe przy węglu 7. Obie kierują się przede wszystkim w stronę rozpuszczalnika. Dla układów z 7α/ß-peroksysterolemu najczęściej wszystkie cząsteczki leżą równolegle obok siebie.
