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 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
Hogyan? - kvanum algomusokon alapuló dnamka szmulácókkal nem lehe fehée méeű endszeeke kezeln klasszkus algomusoka használnak
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
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
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
( ) ( ) ( ) ( ) [ ] ( ) 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
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
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
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
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 )
Koláozó ényezők: - aomszám (~ 4 ) -lépésköz Δ ~ fs ns dőaomány Alx 5 8 poc Ianum.4 GHz, 8 Gb RAM ns nap gépdő
Példa: foszfoglceá knáz (PGK)
9 apo ADP-bPG 8 dsance (Å) 7 6 5 4 4 6 8 4 6 8 me (ns) 4 -.8 -.6 esdue numbe 5 5 5 -.4 -...4.6.8 C koelácós együhaó: ( )( ) ( ) ( ) 5 5 5 5 5 4 esdue numbe
8 7 mn 6 RMS fluc (Å) 5 4 a B 9-a op J K L 5 5 5 5 4 esdue numbe
ϕ a) 8-6 b) 96-8 4-4 - 9 88-4 - -6. Asn8 apo esdue numbe 96 9 88 4 6 esdue numbe 84 8 76 -.. 6. Th9 8 84 9 7 4 8 8 4 6 8 4 6 8 me(ns) 68 4 6 8 4 6 8 me(ns) Se ADP bpg a) 8 - b) 96-8 4-8. -6. 9-4 - esdue numbe 96 9 88-4. -.. 4. 6. esdue numbe 88 84 8 76-6. -.. 6. Gly7 84 8. 7 4 8 8 4 6 8 4 6 8 me(ns) 68 4 6 8 4 6 8 me(ns) Po
apo a esdue numbe 4 5 5 5 b esdue numbe 4 5 5 5 } } },K, o,p,q 9-a -.5 -.4 -...4.6.8 5 5 5 5 5 5 4 esdue numbe 5 5 5 5 4 esdue numbe ADP bpg a esdue numbe 4 b 5 5 4 5 esdue numbe 4 5 5 5 } } } K,,L o,p,q J -.6 -.4 -...4.6.8 5 5 5 5 5 5 4 α mn esdue numbe 5 5 5 5 4 esdue numbe
ADP bpg a esdue numbe 4 b 5 5 4 5 esdue numbe 4 5 5 5 } } } K,,L o,p,q J -.6 -.4 -...4.6.8 5 5 5 5 5 5 4 α mn esdue numbe 5 5 5 5 4 esdue numbe
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
( ), 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
behelyeesívén: N ( δ ) f A máx dagon. saáéék, saáveko... nomál módusok a aekóa N-6 fügelen vbácós módus szupepozícóakén íhaó
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
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
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
Példa: foszfoglceá knáz (PGK)
Példa: dhodofolá edukáz (DHFR) DHFR - dhydofolae educase NADPH - nconamde adenn dnucleode MTX - mehoexae
Expemen 7 6 d dm G() (mode/cm - ) 5 4.5..5. 4 6 8 4 6 8 4 6 8 4 (cm - ) 7 NM only of he poen Po% wa was aken fom powde sm - shf 6 5 g() 4 4 6 8 4 (cm - )
7 NM only of he poen Po% wa was aken fom powde sm - shf 6 5 g() 4 4 6 8 4 (cm - )
MODELL RENDSZER KVANTUM MECHANIKA KÍSÉRLETEK POTENCIÁLIS ENERGIA SZIMULÁCIÓ ANALÍZIS SZERKEZET DINAMIKA TERMODINAMIKA KÍSÉRLETEK