1 / 38

Elektrosztatikus számítások

Elektrosztatikus számítások. Jelentősége. • szubsztrát kötődés • szolvatáció • ionizációs állapotok (pKa) • mechanizmus • katalízis • ioncsatornák • szimulációk (szerkezet). Elektrosztatikus számítások. Megközelítések. dipolar fluid. dipolar lattice. continuum. all-atom.

tyme
Télécharger la présentation

Elektrosztatikus számítások

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Elektrosztatikus számítások Jelentősége • szubsztrát kötődés • szolvatáció • ionizációs állapotok (pKa) • mechanizmus • katalízis • ioncsatornák • szimulációk (szerkezet)

  2. Elektrosztatikus számítások Megközelítések dipolar fluid dipolar lattice continuum all-atom

  3. Elektrosztatikus számítások Definíciók töltéseloszlás Qi: ponttöltések; dipólusok: Elektromos erő (field): Elektrosztatikus potenciál:

  4. Elektrosztatikus számítások Elektromos tér acetilkolin-észterázban

  5. Elektrosztatikus számítások Definíciók potenciális energia Elektromos erő (field): Elektrosztatikus potenciál: Dipólus potenciális energiája E(r) térben

  6. Elektrosztatikus számítások Definíciók Indukált dipólusok, több-test probléma a: polarizálhatóság (QM számolásokból) E0: külső erőtér, E :  dipólustól származó erőtér iteratív megoldás (+screening for E0 <d(r)>) Warshel és Russell, Quat. Rev. in Biophysics (1984),17, pp.283-422

  7. Elektrosztatikus számítások Mikroszkopikus megközelítések <E0+E> effektív potenciál meghatározása di: screening function szabadenergia: Sok konfiguráción átlagolt elektrosztatikus szabadenergia ad csak helyes eredményt

  8. Elektrosztatikus számítások Mikroszkopikus megközelítések További egyszerűsítések: átlagos polarizáció Ui: nem elektrosztatikus tagok (vdw), : effektív potenciál i dipóluson (U es E i minden állására kiátlagolva) Langevin formula

  9. Elektrosztatikus számítások Mikroszkopikus megközelítések All-atom QM? szupermolekula nem ad helyes oldáshőt (DGs) • inter- és intramolekuláris tagok szétválasztása • 3-tag kölcsönhatások számítása (indukált dipólusok) „self-consistent” módon • QM szerű potenciálfüggvények (beépítés a hullámfv-be) konvergencia problémák (átlagolás)

  10. Elektrosztatikus számítások Megközelítések All-atom Kölcsönhatások leírása erőtérrel Probléma: hosszútávú kölcsönhatások Lehetséges megoldások: • periódikus határfeltételek • Ewald összegzés - divergens szolvatációs energiák - függ a rendszer méretétől • gömbszimmetrikus határfeltételek • local reaction field (LRF) felszíni molekulákra ható erő számítása

  11. Elektrosztatikus számítások Megközelítések Dipólus modellek Cél: jobb konvergencia elérése modellek (potenciálok) egyszerűsítésével Kétségek: • hidrogénkötéses oldószer energetikája nem írható le dipólusokkal (re-kalibrálás) • szerkezetét nem adja vissza Megfigyelések: • a szolvatációs energia számításához a quadrupól momentumok nem annyira fontosak • a megfelelő átlagolás játszik fontos szerepet

  12. Elektrosztatikus számítások Megközelítések Langevin Dipólus modell oldószer dipólusok átlagos orientációja Langevin dipólus többi oldószer tere d(ri) screening function LD modell

  13. Elektrosztatikus számítások Megközelítések Langevin Dipólus modell d(ri) számítása: E0/E all-atom modellel C, d(ri) egymástól függő paraméterek 0-al együtt szolvatációs energiákhoz kell fittelni LD modell

  14. Elektrosztatikus számítások Langevin Dipólus modell oldott anyag tere többi oldószer tere közeli oldószerek tere LD modell gyorskonvergencia

  15. Elektrosztatikus számítások Makroszkópikus modellek LD modell makroszkópikus modell

  16. Elektrosztatikus számítások Makroszkópikus modellek Elektromos tér : minden dipólus hozzájárulását tartalmazza (sajátot is) II P: polarizációs vektor q=A l I III : makroszkópikus dielektromos állandó ha V elég nagy,  a tömbfázis dielektromos állandója

  17. Elektrosztatikus számítások Makroszkópikus modellek A makroszkópikus és mikroszkópikus dielektromos állandó nő a fehérje relaxációt figyelembe véve all-atom MD csökken, minél teljesebb a modell e = 2-10 fehérjében King et al. (1991) J. Chem. Phys 95, pp. 4366-4377.

  18. Elektrosztatikus számítások Energia : dipólusok tere U’(R,r) nem elektrosztatikus tagok

  19. Elektrosztatikus számítások Szabadenergia : Oldáshő (tiszta oldószerhez képest) r0 minimum energia konformáció (oldószer) makroszkópikus megközelítésben: P polarizáció  térfogat elemben, DGself adott térfogatelem polarizációjának energiája

  20. Elektrosztatikus számítások Szabadenergia, makroszkópikus közelítésben : vákuumból az oldószerbe  Born formula a Probléma: e,a ismeretlen + két különböző közeg között:

  21. Elektrosztatikus számítások Onsager modell: RF reakciótér Hullámfüggvénybe beépíthető (perturbáció)  a DGsol meghatározása QM módszerrel PCM – polarizable continuum modell

  22. Elektrosztatikus számítások Generalized Born (GB): egységes e, fehérjékre nem jó

  23. Elektrosztatikus számítások Poisson Boltzmann (PB): Helyfüggő dielektromos állandó ionos közegben:  ionerősséggel arányos DELPHI program (Honig csoport) ,, meghatározása gridpontokban

  24. Elektrosztatikus számítások Poisson Boltzmann (PB): Problémák: • rosszul definiált e • merev fehérje • lokális effektusok hiánya: nem adja vissza a reorganizációs effektust • pKa eltolódások vizsgálatára nem alkalmas • ligand kötésre nem ad kvantitatív eredményeket

  25. Elektrosztatikus számítások T4 Endonukleáz V Mi a glikoziláz lépés mechanizmusa? • pKa értékek az aktív helyen •DDGwp a feltételezett intermedierekre Fuxreiter, Warshel, Osman (1999) Biochemistry 38, pp. 9577-9589

  26. Elektrosztatikus számítások pKa számítások

  27. Elektrosztatikus számítások pKa számítások intrinsic pKa minden csoport semleges (csak parciális töltések) többi töltött csoport hatása

  28. Elektrosztatikus számítások pKa számítások intrinsic pKa minden csoport semleges (csak parciális töltések) többi töltött csoport hatása deszolvatáció Sham, Chu és Warshel (1997) J. Phys. Chem B 101, pp.4458-4472

  29. Elektrosztatikus számítások pKa számítások Töltött csoportok hatása megoldás self-consistent iterációval

  30. Elektrosztatikus számítások Protein Dipoles Langevin Dipoles (PDLD) modell: I: Q; II: q,m,g; III: q,m,g; IV: tömbfázis II I III i III o IV

  31. Elektrosztatikus számítások Protein Dipoles Langevin Dipoles (PDLD) modell: 1. [Q(I)-Q(I)] II 2. [Q(I)-q(II)] I III i 3. [Q(I+II)-(II)] III o IV Warshel és mtsai (1993) J. Comput. Chem. 14, pp.161-185

  32. Elektrosztatikus számítások Protein Dipoles Langevin Dipoles (PDLD) modell: [Q(I+II)-(III)] 4. II 5. I III i 6. III o IV

  33. Elektrosztatikus számítások Konvergencia elősegítése • lokális reakciótér korrekció (LRF) távoli Langevin dipólusok terét nem számítja újra minden iterációban Konformációs átlagolás „lineáris válasz” (LRA) kulcsfontosságú enzimek működésének megértéséhez

  34. Elektrosztatikus számítások T4 Endonukleáz V Mi a glikoziláz lépés mechanizmusa? • pKa értékek az aktív helyen •DDGwp a feltételezett intermedierekre Fuxreiter, Warshel, Osman (1999) Biochemistry 38, pp. 9577-9589

  35. Elektrosztatikus számítások T4 Endonukleáz V Fuxreiter, Warshel, Osman (1999) Biochemistry 38, pp. 9577-9589

  36. Elektrosztatikus számítások T4 Endonukleáz V

  37. Elektrosztatikus számítások T4 Endonukleáz V

  38. Elektrosztatikus számítások T4 Endonukleáz V

More Related