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

Elektrosztatikus számítások

Elektrosztatikus számítások Megközelítések

Jelentősége • szubsztrát kötődés • szolvatáció • ionizációs állapotok (pKa) • mechanizmus • katalízis • ioncsatornák • szimulációk (szerkezet)


all-atom

dipolar fluid

dipolar lattice

continuum


Definíciók Elektromos tér acetilkolin-észterázban

töltéseloszlás Qi: ponttöltések; dipólusok: Elektromos erő (field):

Elektrosztatikus potenciál:

Elektrosztatikus számítások Definíciók potenciális energia

Elektrosztatikus számítások Definíciók Indukált dipólusok, több-test probléma α: polarizálhatóság (QM számolásokból)

Elektromos erő (field): Elektrosztatikus potenciál:

E0: külső erőtér, Eµ : µ dipólustól származó erőtér iteratív megoldás (+screening for E0 )

Dipólus potenciális energiája E(r) térben

Warshel és Russell, Quat. Rev. in Biophysics (1984),17, pp.283-422

1



Mikroszkopikus megközelítések

Mikroszkopikus megközelítések

<E0+Eµ> effektív potenciál meghatározása di: screening function szabadenergia: Sok konfiguráción átlagolt elektrosztatikus szabadenergia ad csak helyes eredményt

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


Elektrosztatikus számítások Mikroszkopikus megközelítések

Megközelítések All-atom Kölcsönhatások leírása erőtérrel

All-atom QM?

Probléma: hosszútávú kölcsönhatások szupermolekula

nem ad helyes oldáshőt (ΔGs) • inter- és intramolekuláris tagok szétválasztása • 3-tag kölcsönhatások számítása (indukált dipólusok) „self-consistent” módon • QM szerű potenciálfüggvények (beépítés a hullámfv-be) konvergencia problémák (átlagolás)


Lehetséges megoldások: • periódikus határfeltételek • Ewald összegzés - divergens szolvatációs energiák - függ a rendszer méretétől • gömbszimmetrikus határfeltételek • local reaction field (LRF) felszíni molekulákra ható erő számítása


Megközelítések

Megközelítések

Dipólus modellek

Langevin Dipólus modell

Cél: jobb konvergencia elérése modellek (potenciálok) egyszerűsítésével

oldószer dipólusok átlagos orientációja

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

Langevin dipólus többi oldószer tere d(ri) screening function

LD modell

2


Elektrosztatikus számítások Langevin Dipólus modell

Megközelítések Langevin Dipólus modell d(ri) számítása:

oldott anyag tere többi oldószer tere

E0/E all-atom modellel

közeli oldószerek tere C, d(ri) egymástól függő paraméterek µ0-al együtt szolvatációs energiákhoz kell fittelni LD modell

LD modell

gyors konvergencia



Makroszkópikus modellek

Makroszkópikus modellek Elektromos tér : minden dipólus hozzájárulását tartalmazza (sajátot is) II

P: polarizációs vektor l

LD modell

makroszkópikus modell

q=σA I

III

ε: makroszkópikus dielektromos állandó ha V elég nagy, ε a tömbfázis dielektromos állandója



Makroszkópikus modellek A makroszkópikus és mikroszkópikus dielektromos állandó

all-atom MD

ε = 2-10 fehérjében

nő a fehérje relaxációt figyelembe véve

Energia :

dipólusok tere

csökken, minél teljesebb a modell U’(R,r) nem elektrosztatikus tagok

King et al. (1991) J. Chem. Phys 95, pp. 4366-4377.

3

Elektrosztatikus számítások Szabadenergia :

Elektrosztatikus számítások Szabadenergia, makroszkópikus közelítésben :

vákuumból az oldószerbe

Oldáshő (tiszta oldószerhez képest) ε r0 minimum energia konformáció (oldószer) makroszkópikus megközelítésben:

Born formula a Probléma: ε,a ismeretlen

+

két különböző közeg között: P polarizáció Δτ térfogat elemben, ΔGself adott térfogatelem polarizációjának energiája


Elektrosztatikus számítások Generalized Born (GB):

Onsager modell: ΦRF reakciótér Hullámfüggvénybe beépíthető (perturbáció) ε a ΔGsol meghatározása QM módszerrel

egységes ε, fehérjékre nem jó

PCM – polarizable continuum modell

Elektrosztatikus számítások Poisson Boltzmann (PB):

Elektrosztatikus számítások Poisson Boltzmann (PB): Problémák:

Helyfüggő dielektromos állandó ionos közegben: κ ionerősséggel arányos DELPHI program (Honig csoport)

• rosszul definiált ε

• merev fehérje • lokális effektusok hiánya: nem adja vissza a reorganizációs effektust • pKa eltolódások vizsgálatára nem alkalmas • ligand kötésre nem ad kvantitatív eredményeket

Φ,ρ,ε meghatározása gridpontokban

4

Elektrosztatikus számítások T4 Endonukleáz V

Elektrosztatikus számítások pKa számítások

Mi a glikoziláz lépés mechanizmusa? • pKa értékek az aktív helyen • ΔΔGw→p a feltételezett intermedierekre Fuxreiter, Warshel, Osman (1999) Biochemistry 38, pp. 9577-9589



intrinsic pKa minden csoport semleges (csak parciális töltések)

intrinsic pKa minden csoport semleges (csak parciális töltések)

többi töltött csoport hatása

többi töltött csoport hatása

Sham, Chu és Warshel (1997) J. Phys. Chem B 101, pp.4458-4472

Elektrosztatikus számítások pKa számítások Töltött csoportok hatása

deszolvatáció

Elektrosztatikus számítások Protein Dipoles Langevin Dipoles (PDLD) modell: I: Q; II: q,µ,γ; III: q,µ,γ; IV: tömbfázis

II I III i III o megoldás self-consistent iterációval

IV

5



Protein Dipoles Langevin Dipoles (PDLD) modell:

Protein Dipoles Langevin Dipoles (PDLD) modell:

II

1.

[Q(I)-Q(I)]

2.

[Q(I)-q(II)]

I

II 5.

I

III i

3.

[Q(I+II)-µ(II)]

III o

[Q(I+II)-µ(III)]

4.

III i

6. III o

IV

IV

Warshel és mtsai (1993) J. Comput. Chem. 14, pp.161-185

Elektrosztatikus számítások Konvergencia elősegítése


• lokális reakciótér korrekció (LRF) távoli Langevin dipólusok terét nem számítja újra minden iterációban Konformációs átlagolás „lineáris válasz” (LRA) Mi a glikoziláz lépés mechanizmusa? • pKa értékek az aktív helyen • ΔΔGw→p a feltételezett intermedierekre

kulcsfontosságú enzimek működésének megértéséhez Fuxreiter, Warshel, Osman (1999) Biochemistry 38, pp. 9577-9589



Fuxreiter, Warshel, Osman (1999) Biochemistry 38, pp. 9577-9589

6



7

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

Recommend Documents