Живая клетка состоит из многих компонентов, покрытых мембраной, которая во многом обеспечивает их барьерные и структурные функции. Поверхность мембран живой клетки практически всегда заряжена отрицательно, что отражается на свойствах мембраны омывающего ее раствора. Изменение заряда мембраны возможно двумя способами: при помощи изменения состава заряженных липидов и нелипидных компонент мембраны и при помощи адсорбции заряженных частиц на ее поверхности. Например, известно, что только в присутствии катионов Ca2+ становится возможным слияние мембран, поскольку эти катионы эффективно нейтрализуют мембранную поверхность. Поэтому изучение изменения зарядового состояния поверхности в присутствии катионов представляет большой интерес. Электрическое поле в толще липидного бислоя распределено неравномерно: гидрофобная область всегда имеет сильно положительный потенциал (сотни милливольт!) по отношению к раствору. Трансмембранные белки всегда испытывают на себе присутствии этого внутримембранного поля, поэтому их функционирование и созревание может изменяться при изменении величины этого поля. Ряд катионов способен изменять не только поверхностный заряд мембраны, но и величину внутримембранного поля, влияя на структуру мембраны и гидратной воды. Экспериментальные техники, направленные на изучение поверхностных и внутренних компонент электрического потенциала мембраны достаточно трудоемки и не позволяют исследовать связывание катионов с мембраной на молекулярном уровне. Поэтому использование методов молекулярного моделирования помогает в интерпретации экспериментальных феноменов и может позволить сделать предсказания о воздействии различных катионов на мембрану.
Настоящая задача посвящена измерению параметров адсорбции на поверхности мембраны низкомолекулярных катионов в рамках модели изотермы Ленгмюра при помощи метода полноатомной молекулярной динамики. Анализ подобных поверхностных явлений не возможен без привлечения аппарата коллоидной химии, теории Гуи-Чепмена-Штерна. Кроме решения основной задачи, на модельной системе предлагается наблюдать за строением электрического поля внутри мембраны и за строением двойного электрического слоя.