? ligandum kötés konformációs változás aktiválási energia számítás pka számítás kötési energiák

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "? ligandum kötés konformációs változás aktiválási energia számítás pka számítás kötési energiák"

Károly Tamás
4 évvel ezelőtt
Látták:

1 Szabadenergia Definíció:? ligandum kötés konformációs változás aktiválási energia számítás pka számítás kötési energiák Fázistér teljes térfogatára kell számítani! Mennyiség átlagértéke: Sokaság-átlag Szabadenergia A: Helmoltz fv. (N,V,T) Szabadenergia- perturbáció (FP) Y G: Gibbs fv. (N,P,T) általános reakciókoordináta Probléma: mintavételezés a fázistérből általában alacsony energiájú konfigurációkat vizsgálunk nem megfelelő a magas energiájú konformerek reprezentációja Szabadenergia- perturbáció (FP) Szabadenergia- perturbáció (FP) szimuláció állapotban, az egyes konfigurációkon kiszámítani és Y potenciális energiáját is Akkor működik, ha U Y -U kicsi Ha U Y -U nagy: közbülső állapotokat kell keresni, és minden közeli állapot között számítani a különbségeket sokaságátlag állapotban 1

2 Szabadenergia- perturbáció (FP) Technika: λ paraméter definiálása, mely a rendszert egyik állapotból a másikba viszi P=λP +(1-λ)P Y λ paramétert N lépésben változtatjuk minden i, i+1 pont között számítjuk az A értékét. N ΔA= RTln<exp(-β(U i+1 -U i )> i i=1 Szabadenergia- perturbáció (FP) Y r: referencia rendszer p: perturbált rendszer Zwanzig formula kicsi konformációs átlag ablakolás Nehézség: nagyobb változás esetén sok ablak kell és mindegyikben egyensúlyt kell elérni λ=1 A(λ) folytonos fv. λ=1 λ csatolási paraméter Polinóm alak minden λ k pontban szimulációt végzünk, kiszámítjuk a és kiintegráljuk 2

3 λ=1 λ csatolási paraméter polynomial path (Mezei) súlyok az integrált optimálisan elosztott pontokban kell kiszámítani Nehézség: minden λ k pontban egyensúlyt kell elérni Slow growth Részecske beillesztéses módszer (Particle insertion or Widom method) λ=1 λ folyamatosan változik minden MD lépésben Fast growth Nehézség: egyensúly elérése W: munka, ρ(w,t) W (W+dW) valószínűsége lőnye: egyidejűleg több változtatás vizsgálható Részecske beillesztéses módszer (Particle insertion or Widom method) szimuláció N részecskén egyensúlyi konfiguráció megpróbálok beleilleszteni még egy részecskét ΔU: N+1. részecske kölcsönhatási energiája a többivel Locally enhanced sampling (Karplus és mtsai) egy oldalláncnak N másolata van egymással nem hatnak kölcsön környezettel való kölcsönhatási energia 1/N javítja a mintavételezést az érdekes régióban megváltozik a potenciálfv. energiafelszín csökkennek a konformációs változások energiagátjai a globális minimum helye azonban nem könnyebb megtalálni 3

4 T4 ndonukleáz V timin dimer (TD) javítása Hogyan ismeri fel az enzim a hibás bázist? Hipotézis: a felismerés a DNS meghajlásával és kinyílásával kapcsolatos < < Módszer: MD szimulációk (NPT) PBC ionos környezet hosszú relaxálás 1ns egyensúlyi szimuláció, adatgyűjtés 0.1 ps Definiálunk a folyamat szempontjából 2 fontos koordinátát: DNS hajlásszöge kifordulás szöge PMF számítása Fuxreiter et al., (2002) J. Mol. Biol. 323, pp redmények: egyensúlyi paraméterek meghatározása nyílt és zárt állapotban zárt hajlás nyílás nyílt hajlás nyílás TT TD redmények (konvertálás energiára): zárt állapotban = 3 kcal/mol TD DNS erőállandója kisebb (68%) Aktiválási energia csökkenés = -2.5 kcal/mol 4

5 Problémák: ahol P kicsi, azok nem kerülnek az A számolásához használt mintába erős feltételezés a többi koordináta átlagos figyelembe vétele átmeneti állapotok tanulmányozására nem alkalmas Magas energiájú részek mintavételezését próbálja megoldani Perturbáció: Boltzmann-átlag: átlagolás W(r N ) valószínűségeloszlása alapján történik Baj: ha W(r N ) túl nagy, nehezen konvergál nem-boltzmann eloszlás Umbrella sampling Jelentősége: Irányított mintavételezés (bias) a konfigurációs tér magasan fekvő régióiból vesz mintát ezen folyamatok (pl. reakciók) energetikájának vizsgálatára alkalmas hatékonyabb mintavételt valósít meg a fázistér alacsonyan fekvő részeiben (energiagátakat csökkenti le) Mekkora az energiagátja CG és AT bázisok kifordulásának? Szimuláció: nyílásszög θ változtatása: 5 -ént 40 lépésben (window) 50 ps equilibration 150 ps adatgyűjtés kényszerpotenciál a nyílásszögre Giudice,Várnai,Lavery (2003) Nucl. Ac. Res 31, pp szabadenergia az egyes ablakokban: irányított (biased) valószínűség-eloszlás nem irányított (unbiased) valószínűség-eloszlás purin bázisok a nagyárok felé fordulnak ki harmonikus rész, megmaradnak a H-kötések folyamat aktiválási energiája a szomszédos bázis is együtt mozog kis nyílásszögeknél víz, ionok hatása Giudice,Várnai,Lavery (2003) Nucl. Ac. Res 31, pp Giudice,Várnai,Lavery (2003) Nucl. Ac. Res 31, pp

Mutációk vizsgálata Mutációk vizsgálata Α Β Mutáció hatása ΔG sol számolás Α Β PDLD/S közelítés PDLD/S közelítés Mutációk, ligandum kötés vizsgálata Protein Dipoles Langevin Dipoles (PDLD) modell: II

6 Mutációk vizsgálata Mutációk vizsgálata Α Β Mutáció hatása ΔG sol számolás Α Β PDLD/S közelítés PDLD/S közelítés Mutációk, ligandum kötés vizsgálata Protein Dipoles Langevin Dipoles (PDLD) modell: II I III i III o IV I: érdekes rész (pl. aktív hely) II: fehérje többi része III: oldószer (i: belső, o: külső) IV: tömbfázis Konfigurációs átlagolás Lineáris válasz (LRA) Mutációk hatása pontos számítása nehéz, mert figyelembe kell venni a fehérje válaszát is a mutációra termodinamikai cikluson végig kell menni Mutációk hatása Ras p21 Milyen oldalláncok befolyásolják a kötődést? gyors számítás K M értékekkel összehasonlítható GTP GDP ε eff értéke függ a szimulációs feltételektől (relaxálás, átlagolás, indukált dipólusok) Muegge et al., (1996) Structure 4, pp

7 Ras p21 GTP GDP T4 ndonukleáz V összes gerinc oldallánc Muegge et al. (1996) Structure 4,pp Fuxreiter, Warshel, Osman (1999) Biochemistry 38, pp Mi a glikoziláz lépés mechanizmusa? pka értékek az aktív helyen ΔΔG w p a feltételezett intermedierekre T4 ndonukleáz V T4 ndonukleáz V T4 ndonukleáz V 7

Hasonló dokumentumok

Elektrosztatikus számítások. Elektrosztatikus számítások. Elektrosztatikus számítások. Elektrosztatikus számítások Definíciók

Elektrosztatikus számítások. Elektrosztatikus számítások. Elektrosztatikus számítások. Elektrosztatikus számítások Definíciók Jelentősége szubsztrát kötődés szolvatáció ionizációs állapotok (pka) mechanizmus katalízis ioncsatornák szimulációk (szerkezet) all-atom dipolar fluid dipolar lattice continuum Definíciók töltéseloszlás