Biológiai molekulák számítógépes szimulációja Balog Erika

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Biológiai molekulák számítógépes szimulációja Balog Erika"

Teréz Király
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 Bológa molekulák számíógépes szmulácóa Balog Eka Semmelwes Egyeem, Bofzka és Sugábológa Inéze

SZEKVENCIA ALA THR SER THR LYS LYS LEU HSD LYS GLU PRO ALA ILE LEU LYS ALA ILE ASP ASP THR TYR VAL

ASP LYS GLY GLN ARG THR ASP LYS ARG TYR GLY ILE THR ALA GLY ASN ASN THR HSD GLU GLN HSD LEU LYS ARG

foldng SZERKEZET dnamka Tanulmányozhauk: FUNKCIÓ - fehéék, DNS, membámok belső mozgásá - konfomácós

2 SZEKVENCIA ALA THR SER THR LYS LYS LEU HSD LYS GLU PRO ALA ILE LEU LYS ALA ILE ASP ASP THR TYR VAL LYS PRO MET PHE THR ARG LYS VAL LEU ASP THR GLU VAL MET ILE THR ILE PHE VAL TYR LYS ILE GLU VAL PHE ASP LYS GLY GLN ARG THR ASP LYS ARG TYR GLY ILE THR ALA GLY ASN ASN THR HSD GLU GLN HSD LEU LYS ARG SER GLU PRO LEU ILE TRPSER GLU GLN HSD ASN ALA SER GLY GLN Mé? foldng SZERKEZET dnamka Tanulmányozhauk: FUNKCIÓ - fehéék, DNS, membámok belső mozgásá - konfomácós áalakulásoka - enzmeakcó dnamkáá - spekoszkópa mennységeke, éelmezés - dffakcós adaok, NOE, NMR - szabad enega válozások, gyógyszeevezés

3 Hogyan? - kvanum algomusokon alapuló dnamka szmulácókkal nem lehe fehée méeű endszeeke kezeln klasszkus algomusoka használnak

Nomál módus analízs (NM) - hamonkus poencál - analkus mozgásegyenle - nomál módusok q

4 Dnamka szmulácók Molekulás dnamka (MD) - valós poencál felüle -dőlépésenkén mozgásegyenle megoldás (numekus) - ~ns aekóa Hogyan? Nomál módus analízs (NM) - hamonkus poencál - analkus mozgásegyenle - nomál módusok q koodnáa fekvenca koodnáák aekóa dő q koodnáa dő fekvenca dő Molekulás knemaka - eakcóuak meghaáozása Mone Calo (MC) - konfomácós é mnavéelezése

5 Dnamka szmulácók Molekulás dnamka (MD) - valós poencál felüle -dőlépésenkén mozgásegyenle megoldás (numekus) -~ns aekóa Nomál módus analízs (NM) - hamonkus poencál - analkus mozgásegyenle - nomál módusok Előny: a elen anhamonkus poencál használa Előny: egyszeű koncepcó, nncs szmulácós dőkolá Háány: komplkál analízs, dőkolá Háány: nem vesz fgyelembe az anhamoncás

6 Molekulás Dnamka (MD) Newon-övény: m d d F V oal Modell endsze Kölcsönhaás poencál V bonds k ( b b ) k ( θ θ ) b θ angles N dhedals n K ( n) [ cos( nφ δ )] K ( ) φ mpopes, σ 4ε 6 σ, qq D - öngen dffakcó -NMR - szekeze pedkcó

7 ( ) ( ) ( ) ( ) [ ] ( ) mpopes dhedals N n n angles bonds b D q q K n K k b b k V, 6, 4 cos σ σ ε δ φ θ θ φ θ

8 Molekulás Dnamka (MD) Newon-övény: m d d F V oal Modell endsze Kölcsönhaás poencál V bonds k ( b b ) k ( θ θ ) b θ angles N dhedals n K ( n) [ cos( nφ δ )] K ( ) φ mpopes, σ 4ε 6 σ, qq D - öngen dffakcó -NMR - szekeze pedkcó

9 Newon egyenle negálása - Vele algomus: a észecskék koodnáának Taylo sofeése dő köül: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 4 4!!!! O q O q Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ ( ) ( ) ( ) ( ) m F Δ Δ Δ Vele sebesség: () ( ) ( ) v Δ Δ Δ hőmésékle: () ( ) () N B m v k n N T V F d d m

10 Kezde szekeze Enega mnmalzácó Fűés Ekvlbácó Dnamka Analízs MD pookol:. szekeze beolvasás (~K). enega mnmalzácó (V). dnamka ndíás: - Bolzmann sebesség koszás (vélelen-szám geneáo) - Vele algomus dőlépés ~fs - sebesség uakoszás ~ lépéskén (fokozaos fűés ~5ps) - ekvlbálás K - ha T<9K vagy T>K sebesség úakoszás RMSD N ( ef ) N - ~ps uán RMSD ellenőzés - poducon un folyaás, uabb sebességkoszás nélkül

11 Taekóa analízs: álag: A oal oal A aom elmozdulások flukuácóa: RMSF T ( x ( ) x ) T koelácós együhaó: C Δ Δ ( )( ) ( ) ( ) auokoelácós függvény: ( ) Δ ( ) C ( τ Δ τ )

12 Koláozó ényezők: - aomszám (~ 4 ) -lépésköz Δ ~ fs ns dőaomány Alx 5 8 poc Ianum.4 GHz, 8 Gb RAM ns nap gépdő

13 Példa: foszfoglceá knáz (PGK)

14 9 apo ADP-bPG 8 dsance (Å) me (ns) esdue numbe C koelácós együhaó: ( )( ) ( ) ( ) esdue numbe

15 8 7 mn 6 RMS fluc (Å) 5 4 a B 9-a op J K L esdue numbe

16 ϕ a) 8-6 b) Asn8 apo esdue numbe esdue numbe Th me(ns) me(ns) Se ADP bpg a) 8 - b) esdue numbe esdue numbe Gly me(ns) me(ns) Po

17 apo a esdue numbe b esdue numbe } } },K, o,p,q 9-a esdue numbe esdue numbe ADP bpg a esdue numbe 4 b esdue numbe } } } K,,L o,p,q J α mn esdue numbe esdue numbe

18 ADP bpg a esdue numbe 4 b esdue numbe } } } K,,L o,p,q J α mn esdue numbe esdue numbe

19 Dnamka szmulácók Molekulás dnamka (MD) - valós poencál felüle -dőlépésenkén mozgásegyenle megoldás (numekus) - ~ns aekóa Nomál módus analízs (NM) - hamonkus poencál - analkus mozgásegyenle - nomál módusok Előny: a elen anhamonkus poencál használa Előny: egyszeű koncepcó, nncs szmulácós dőkolá Háány: komplkál analízs, dőkolá Háány: nem vesz fgyelembe az anhamoncás

20 ( ), O q q q q q V q q V V V N N hamonkus közelíés: N q q q q V V, mozgásegyenle: N q f q q V q T d d && & Nomál módus analízs (NM) V Taylo sofeése q elmozdulás függvényében: megoldás: ( ) N C, cos ϕ fomában keessük

21 behelyeesívén: N ( δ ) f A máx dagon. saáéék, saáveko... nomál módusok a aekóa N-6 fügelen vbácós módus szupepozícóakén íhaó

22 Nomál módus analízs (NM) egyszeű analka egyenleek aom elmozdulások flukuácóa: Δ k B T N 6 k a k k -dk saáveko k módusa eső veülee k-dk módus fekvencáa Bolzman állandó aom elmozdulások koelácóa: Δ Δ k B T N 6 k a a k k k auokoelácós függvény: Δ () Δ ( τ ) k B T N 6 k a k cos ( τ ) k k

23 Vbácós emodnamka: állapoösszeg: n kt h n e Z 6 N Z vb Z szabad enega: vb Z vb kt G ln enópa: 6 ln N n kt h kt h vb e k e h T S ( ) T G H S vb vb vb / kt β β vb vb vb Z Z H enalpa: 6 ln N kt h kt h kt h vb kt e e kt h e h h G

25 Bológalag fonos: alacsony fekvenáú módusok - globálsak lsak a fehée mnden ész szé magába foglala - kollekívek a fehée nagy keedésű észe együ mozognak - gyenge kölcsk lcsönhaások kövekezmk vekezménye - domnál lák k a flukuác có - domnál lák k a emodnamká ΔS vb - funkconáls mozgásoka ínak le pl. hnge-bendng

26 Példa: foszfoglceá knáz (PGK)

27 Példa: dhodofolá edukáz (DHFR) DHFR - dhydofolae educase NADPH - nconamde adenn dnucleode MTX - mehoexae

28 Expemen 7 6 d dm G() (mode/cm - ) (cm - ) 7 NM only of he poen Po% wa was aken fom powde sm - shf 6 5 g() (cm - )

29 7 NM only of he poen Po% wa was aken fom powde sm - shf 6 5 g() (cm - )

30 MODELL RENDSZER KVANTUM MECHANIKA KÍSÉRLETEK POTENCIÁLIS ENERGIA SZIMULÁCIÓ ANALÍZIS SZERKEZET DINAMIKA TERMODINAMIKA KÍSÉRLETEK

Hasonló dokumentumok

Biológiai molekulák számítógépes szimulációja Balog Erika

Biológiai molekulák számítógépes szimulációja Balog Erika Bológa molekulák számíógépes szmulácóa Balog Eka Semmelwes Egyeem, Bofzka és Sugábológa Inéze SZEKVENCIA ALA THR SER THR LYS LYS LEU HSD LYS GLU PRO ALA ILE LEU LYS ALA ILE ASP ASP THR TYR VAL LYS PRO