Célkitűzés/témák Fehérje-ligandum kölcsönhatások és a kötődés termodinamikai jellemzése

Hasonló dokumentumok
HOMOGÉN EGYENSÚLYI ELEKTROKÉMIA: ELEKTROLITOK TERMODINAMIKÁJA

Makroszkópos tulajdonságok, jelenségek, közvetlenül mérhető mennyiségek leírásával foglalkozik (például: P, V, T, összetétel).

LIE. Lineáris Kölcsönhatás Módszere. Vázlat LIE. Fehérje-ligandum kölcsönhatás kvantitatív jellemzése számítógépes modellezéssel 2.

Spontaneitás, entrópia

Spontaneitás, entrópia

A METABOLIZMUS ENERGETIKÁJA

A METABOLIZMUS ENERGETIKÁJA

TRIPSZIN TISZTÍTÁSA AFFINITÁS KROMATOGRÁFIA SEGÍTSÉGÉVEL

Atomszerkezet. Atommag protonok, neutronok + elektronok. atompályák, alhéjak, héjak, atomtörzs ---- vegyérték elektronok

Fluidum-kőzet kölcsönhatás: megváltozik a kőzet és a fluidum összetétele és új egyensúlyi ásványparagenezis jön létre Székyné Fux V k álimetaszo

1 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 1

A racionális gyógyszertervezés lehetőségei. A racionális gyógyszertervezés lehetőségei. A racionális gyógyszertervezés lehetőségei

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

Gyógyszer-élelmiszer kölcsönhatások

Az energia. Energia : munkavégző képesség (vagy hőközlő képesség)

Termodinamikai bevezető

Kémiai reakciók mechanizmusa számítógépes szimulációval

Kiterjedt biokémiai rendszerek számítógépes modellezése

3. A kémiai kötés. Kémiai kölcsönhatás

Az enzimműködés termodinamikai és szerkezeti alapjai

Termokémia, termodinamika

Kolloidkémia 1. előadás Első- és másodrendű kémiai kötések és szerepük a kolloid rendszerek kialakulásában. Szőri Milán: Kolloidkémia

Energiaminimum- elve

Hemoglobin - myoglobin. Konzultációs e-tananyag Szikla Károly

A II. kategória Fizika OKTV mérési feladatainak megoldása

BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM Szerves Kémia és Technológia Tanszék BÍRÁLAT

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

A kémiai kötés. Kémiai kölcsönhatás

MedInProt Szinergia IV. program. Szerkezetvizsgáló módszer a rendezetlen fehérjék szerkezetének és kölcsönhatásainak jellemzésére

Kémiai kötések. Kémiai kötések kj / mol 0,8 40 kj / mol

Diffúzió. Diffúzió sebessége: gáz > folyadék > szilárd (kötőerő)

Biomolekuláris kölcsönhatások vizsgálata felületi plazmonrezonancia elvén működő Biacore keszülékkel

Kolloidkémia 5. előadás Határfelületi jelenségek II. Folyadék-folyadék, szilárd-folyadék határfelületek. Szőri Milán: Kolloidkémia

Anyagismeret 2016/17. Diffúzió. Dr. Mészáros István Diffúzió

Az elektromos kettősréteg. Az elektromos potenciálkülönbség eredete, értéke és az azt befolyásoló tényezők. Kolloidok stabilitása.

Dér András MTA SZBK Biofizikai Intézet

Gergely Pál - Erdőd! Ferenc ALTALANOS KÉMIA

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Reakció kinetika és katalízis

Atomszerkezet. Atommag protonok, neutronok + elektronok. atompályák, alhéjak, héjak, atomtörzs ---- vegyérték elektronok

SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. Bio-termodinamika, entrópia, egyensúly és változás.

Katalízis. Tungler Antal Emeritus professzor 2017

A kovalens kötés elmélete. Kovalens kötésű molekulák geometriája. Molekula geometria. Vegyértékelektronpár taszítási elmélet (VSEPR)

a. 35-ös tömegszámú izotópjában 18 neutron található. b. A 3. elektronhéján két vegyértékelektront tartalmaz. c. 2 mól atomjának tömege 32 g.

Termokémia. Termokémia Dia 1 /55

Az élethez szükséges elemek

Általános kémia képletgyűjtemény. Atomszerkezet Tömegszám (A) A = Z + N Rendszám (Z) Neutronok száma (N) Mólok száma (n)

Határfelületi jelenségek. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 3. Általános anyagszerkezeti ismeretek. N m J 2

A kovalens kötés polaritása

Radioaktív nyomjelzés

Biomolekulák nanomechanikája A biomolekuláris rugalmasság alapjai

Hogyan lesznek új gyógyszereink? Bevezetés a gyógyszerkutatásba

Környezeti kémia: A termodinamika főtételei, a kémiai egyensúly

Altalános Kémia BMEVESAA101 tavasz 2008

KÉMIA ÍRÁSBELI ÉRETTSÉGI- FELVÉTELI FELADATOK 2002

A munkavégzés a rendszer és a környezete közötti energiacserének a D hőátadástól eltérő valamennyi más formája.

VILÁGÍTÓ GYÓGYHATÁSÚ ALKALOIDOK

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

A metabolizmus energetikája

Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2009/2010. Kémia I. kategória II. forduló A feladatok megoldása

Oldatok - elegyek. Elegyek: komponensek mennyisége azonos nagyságrendű

Tartalmi követelmények kémia tantárgyból az érettségin K Ö Z É P S Z I N T

SZBN Fizikai kémia 2017/18/2

1. változat. 4. Jelöld meg azt az oxidot, melynek megfelelője a vas(iii)-hidroxid! A FeO; Б Fe 2 O 3 ; В OF 2 ; Г Fe 3 O 4.

Energia. Energia: munkavégző, vagy hőközlő képesség. Kinetikus energia: a mozgási energia

Folyadékkristályok; biológiai és mesterséges membránok

Kémiai átalakulások. A kémiai reakciók körülményei. A rendszer energiaviszonyai

SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. (Bio)termodinamika, entrópia, egyensúly és változás.

Nagyhatékonyságú folyadékkromatográfia (HPLC)

Reakciókinetika és katalízis

Határfelületi jelenségek. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 3. Általános anyagszerkezeti ismeretek E A J 2. N m

PHYWE Fizikai kémia és az anyagok tulajdonságai

TÁJÉKOZTATÓ. I. évf. állatorvostan-hallgatók részére KÉMIA. 2013/14 tanév, 1. félév

Biofizika szeminárium. Diffúzió, ozmózis

Az atom- olvasni. 1. ábra Az atom felépítése 1. Az atomot felépítő elemi részecskék. Proton, Jele: (p+) Neutron, Jele: (n o )

A BIOLÓGIAI JELENSÉGEK FIZIKAI HÁTTERE Zimányi László

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Energia. Energiamegmaradás törvénye: Energia: munkavégző, vagy hőközlő képesség. Az energia nem keletkezik, nem is szűnik meg, csak átalakul.

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

Olyan magkedvelő részecske, amely (legalább) két különböző atomján képes kötést létesíteni a(z elektrofil) reakciópartnerrel.

Reakciókinetika. Általános Kémia, kinetika Dia: 1 /53

Az élő sejt fizikai Biológiája:

Atomok. szilárd. elsődleges kölcsönhatás. kovalens ionos fémes. gázok, folyadékok, szilárd anyagok. ionos fémek vegyületek ötvözetek

Gyors-kinetikai módszerek

Dózis-válasz görbe A dózis válasz kapcsolat ábrázolása a legáltalánosabb módja annak, hogy bemutassunk eredményeket a tudományban vagy a klinikai

Reakciókinetika. aktiválási energia. felszabaduló energia. kiindulási állapot. energia nyereség. végállapot

Műszeres analitika. Abrankó László. Molekulaspektroszkópia. Kémiai élelmiszervizsgálati módszerek csoportosítása

Az anyagi rendszer fogalma, csoportosítása

ALKÍMIA MA Az anyagról mai szemmel, a régiek megszállottságával.

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban 4/11/2016. A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Oldatok - elegyek. Többkomponensű homogén (egyfázisú) rendszerek. Elegyek: komponensek mennyisége azonos nagyságrendű

Molekuláris motorok működése

Minta feladatsor. Az ion neve. Az ion képlete O 4. Szulfátion O 3. Alumíniumion S 2 CHH 3 COO. Króm(III)ion

A módszerek jelentősége. Gyors-kinetika módszerek. A módszerek közös tulajdonsága. Milyen módszerekről tanulunk?

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

Fémorganikus kémia 1

Sillabusz orvosi kémia szemináriumokhoz 1. Kémiai kötések

Termodinamikai rendszerek. Kalorimetria. Extenzív és Intenzív mennyiségek. Hőkapacitás, fajhő Mennyi a felvett hő?

Diffúzió. Diffúzió. Diffúzió. Különféle anyagi részecskék anyagon belüli helyváltoztatása Az anyag lehet gáznemű, folyékony vagy szilárd

Átírás:

Célkitűzés/témák Fehérje-ligandum kölcsönhatások és a kötődés termodinamikai jellemzése Ferenczy György Semmelweis Egyetem Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet Biokémiai folyamatok - Ligandum-fehérje kötődés kvantitatív jellemzése számítógépes modellezéssel megértése termodinamikája (kinetikája) befolyásolása gyógyszertervezés ferenczy.gyorgy@med.semmelweis-univ.hu 213.11.28 2 Alapok Számítás-mérés Víz szerepe Vázlat Ligandum-fehérje kötés lépései Termodinamikai mennyiségek és ligandum méret Számítási módszerek; 1 rész Ligandum-fehérje kötődés szerepe Jelátvitel G-fehérjéhez kapcsolt receptor Enzimkatalízis Citokróm P45 Transzkripció nukleáris receptorok Endogén és exogén (pl gyógyszer) ligandumok 213.11.28 3 213.11.28 4

LP L + P = [] ; pk [] d=-log(k d ) G bind = RT ln(k d /C ref ) G = H T S tipikus kísérleti körülmények (NPT) F = U T S F = -k B T lnz, Néhány összefüggés oldat számításánál gyakran használt (NVT, kanonikus) = - állapotösszeg (, ) csak egyszerű rendszerekre számítható 213.11.28 5 Szabadenergia Egyensúlyi állandó G b (kcal/mol) K d (mol/l) nem kovalens kötés tartománya -2-4 -6-8 -1-12 -14-16 1-3 1-6 1-9 1-12 + ;! = ; #! $% = &'()! * + *; + = * * ; # + $% = &'() + # = # + $% #! $% = &'() * * /.~. 2 3456/786 : / < ~1 :; <; =. > 3456/786 ~1 213.11.28 6 erős kötés biotin-avidin G=-2,4 kcal/mol K d =1-15 mol/l Kötési termodinamika mérése Izotermális titráló kalorimetria n, K d, H G, S korlátok: oldatban fehérje mennyiség (1-1 µg) áteresztőképesség Kötési termodinamika mérése Van t Hoff analízis () =?@?C AB A K d hőmérséklet függéséből H és S Kísérleti technikák Radioligandum leszorítás Tömegspektrometria Kromatográfia Felületi plazmon rezonancia (SPR) Korlát H hőmérséklet függése Extrapoláció ( S: 1/T=) 213.11.28 7 213.11.28 8

Hidrofób effektus Hidrofób effektus: Apoláris vegyület átvitele apoláris oldatából vízbe (szénhidrogén -> vízbe) Analógia: deszolvatáció ligandum-fehérje kötődéskor apoláris részek: oldat->kölcsönhatás egymással Apoláris kölcsönhatások megszűnése Üres hely betöltése az apoláris közegben Üreg kialakítása vízben Apoláris vegyület behelyezése Oldott anyag oldószer kölcsönhatás létrejötte Vízszerkezet átrendeződése hidrofób hidratáció Hidrofób effektus: Hidrofób effektus G nő 2 C: H és T S csökken, T S változás dominál Magasabb T G alig változik, de H nő és dominál energetikailag kedvezőtlen (kölcsönhatást feláldoz a rendezetlenség növeléséért) Magyarázat: hidrofób hidratáció lépésire koncentrál G pozitív 213.11.28 9 213.11.28 1 Hidrofób hidratáció Kulcstényezők az entrópia csökkenéshez: Vízmolekula kis mérete - üreg képződés Fehérje-ligandum kötődés lépései ligandum konformáció változás deszolvatáció fehérje konformáció változás deszolvatáció H-híd kötés az oldott molekulák közelében Erősebb és több H-hid jéghegy modell Erősebb, de kevesebb H-híd two-state modell Milyen mértékben felelősek a fentiek H és T S változásért? Nincsen általános érvényű kvantitatív modell! Fehérje-ligandum kompex fehérje-ligandum kölcsönhatás 213.11.28 11 a víz alapvető szerepet játszik a kötődésben 213.11.28 12

Kötődés kvalitatív termodinamikája Deszolvatáció (ligandum+fehérje) kedvező S (vízszerkezet változás) kedvezőtlen H Konformáció változás (ligandum+fehérje) kedvezőtlen H (kötés előtt optimális) Fehérje-ligandum kölcsönhatás kedvezőtlen S (korlátozott mozgás) kedvező H (poláris és van der Waals kölcsönhatások) Kötődés kvalitatív termodinamikája G, H, S szerkezeti elemekhez rendelése elvileg helytelen additivitás problémája H additivitás jó közelítés S additivitása rossz közelítés G, H, S tényleges lépésekhez rendelhető - állapotfüggvények G több ellentétes hatású tag összege 213.11.28 13 213.11.28 14 1 -TdeltaS (kj/mol) 8 6 4 2-2 -4-6 -8 Entalpia-entrópia kompenzáció Fehérje-ligandum rendszer kis szerkezeti változása tipikusan nagy és ellentétes irányú H és T S változást, és kisebb G változást eredményez a kompenzáció a jelenségek széles körében észlelt vízben és apoláris oldószerben egyaránt 1µM 1nM 1mM -1-14 -12-1 -8-6 -4-2 2 4 6 8 deltah (kj/mol) 213.11.28 15 Affinitás és molekula méret PNAS 1999, 96, 9997 213.11.28 16

Affinitás, entalpia és molekula méret Affinitás, entalpia, entrópia és molekula méret pkd 12 1 8 6 4 J. Chem. Inf. Model. 21, 5, 1536 pkh 25 2 15 1 5 2 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 HA Vegyületek elérhető kötődési szabadentalpiája (affinitása, pk d ) előbb meredeken nő, majd kismértékben nő a molekulamérettel (HA) -5-1 -15 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 Vegyületek elérhető kötődési entalpiája (pk H =- H/2.33RT) előbb meredeken nő, majd kismértékben csökken a molekulamérettel (HA) HA nehézatomok száma Az entalpia növelésének korlátja van A molekulamérettel a korlát csökken A molekulamérettel az affinitás és az entalpia korlátja ellentétesen változik 213.11.28 17 @ = D I = (JK = @ + C 2,33 &' C = 2,33 & Nagyméretű molekula kötődésénél entrópia dominál 213.11.28 18 H-bonds 7 6 5 4 3 2 1 5 1 15 2 25 3 35 4 HA ligand H-kötés és molekula méret Erős H-kötések száma fehérje-ligandum komplexekben a ligandum nehézatomszám függvényében. Függőleges szakaszok jelölik a standard deviációt. A függőleges vonal a fragmens határhoz tartozik. ~2 optimális ( közeli ) H-kötés H kis molekula méret függés size (Angstroms) 25 2 15 1 5 5 1 15 2 25 3 35 4 HA ligand H-kötés méret (folytonos vonal) és ligandum méret (pontozott vonal) fehérje-ligandum komplexekben a ligandum nehézatomszám függvényében. Függőleges szakaszok jelölik a standard deviációt. A függőleges vonal a fragmens határhoz tartozik. 213.11.28 19 Gyógyszerkutatási következmények Gyógyszerjelölt vegyületek affinitás növelése általában a molekula méretének növekedésével jár új kémiai csoportok bevitele miatt Nagyobb molekuláknál az affinitás növekedése döntően az apoláris deszolvatáció növekvő hozzájárulásának a következménye Így az affinitás (=kötődési szabadentalpia) javulása a molekula apolaritásának irányába hat entrópikus eredetű Az apolaritás kedvezőtlen tulajdonságok forrása: promiszkuitás (mellékhatások), metabolizmus, Az affinitás növelésénél a fentiek figyelembe veendőek: Kiegyensúlyozott affinitás vs. molekulaméret és apolaritás 213.11.28 2

Termodinamika és molekula méret - összegzés G max mérettel előbb gyorsan, majd lassan csökken (kedvező) H max mérettel előbb gyorsan csökken (kedvező), majd lassan nő (kedvezőtlen) Mérettel entrópia szerepe növekszik, entalpiáé csökken A kötés entalpikus komponense jellemzően néhány (~2) H- kötésre és térben kis részre összpontosul hot spot Gyógyszerkutatásban a molekula affinitása, valamint mérete és apolaritása kiegyensúlyozott optimálást igényel 213.11.28 21