? Szabadenergia számítások • ligandum kötés • konformációs változás

Slides:



Advertisements
Hasonló előadás
Szén nanocsövek STM leképezésének elméleti vizsgálata
Advertisements

Potenciál játékok A játékoknál minden játékosnak saját nyereménye van és azt kívánják maximálni. A potenciál játékoknál létezik egy V(s1, …, sN) potenciálfüggvény,
Az “sejt gépei” az enzimek
Fejmozgás alapú gesztusok felismerése
majdnem diffúzió kontrollált
SO 2, NO x felbontási hatásfokának vizsgálata korona kisülésben Horváth Miklós – Kiss Endre.
Robotika Helymeghatározás.
Enzimreakciók Enzimatikus katalízis értelmezése k cat [s -1 ] enzimvíz carbonic anhydrase 6x acetylcholine esterase 2x10 4 8x staphylococcal.
ENZIMOLÓGIA 2010.
Az enzimek A kémiai reakciók mindig a szabadenergia csökkenés irányába mennek végbe. Miért nem alakul át minden anyag a számára legalacsonyabb energiájú,
Borán es foszfin molekulák kölcsönhatása oldatfázisban
Szabadenergia gyors becslése a gyógyszerkutatásban
Általános reakciókoordináta használata QM és QM/MM felszínen Fuxreiter Mónika, Petr Kulhanek, Alessandro Laio, Simon István, Csányi Gábor és Mones Letif.
A konformációs entrópia becslése Gauss-keverék függvények segítségével
Entrópia és a többi – statisztikus termodinamikai bevezető
Molekula-tulajdonságok
Makromolekulak_2012_12_10.ppt Simon István. Tompa P, Fuxreiter M, Oldfield CJ, Simon I, Dunker AK and Uversky VN (2009) Bioessays 31, p328.
Klasszikus mechanikai kéttestprobléma és merev test szabad mozgása állandó pozitív görbületű sokaságon Kómár Péter témavezető: Dr. Vattay Gábor
Hálózati Biológia A sejt funkcionális működésének megértése.
Kémiai kötések.
Előadó: Prof. Dr. Besenyei Lajos
3. előadás.
Matematika III. előadások MINB083, MILB083
Levegőtisztaság-védelem 7. előadás
Mérnöki Fizika II előadás
Mérnöki Fizika II előadás
Regresszióanalízis 10. gyakorlat.
Dinamikus klaszterközelítés Átlagtér illetve párközelítés kiterjesztése N játékos egy rácson helyezkedik el (periodikus határfeltétel) szimmetriák: transzlációs,
Ezt a frekvenciát elektron plazmafrekvenciának nevezzük.
1 A napszélben áramló pozitív töltésű részecskék energia spektruma.
Kulcs-zár illeszkedés (Emil Fischer)
ENZIMEK Def: katalizátorok, a reakciók (biokémiai) sebességét növelik
Statisztika II. VIII. Dr. Szalka Éva, Ph.D..
Statisztika II. III. Dr. Szalka Éva, Ph.D..
Géntechnikák Laboratórium
A moláris kémiai koncentráció
Nominális adat Módusz vagy sűrűsödési középpont Jele: Mo
Fejmozgás alapú gesztusok felismerése Bertók Kornél, Fazekas Attila Debreceni Egyetem, Informatikai Kar Debreceni Képfeldolgozó Csoport KÉPAF 2013, Bakonybél.
Készítette: Gergó Márton Konzulens: Engedy István 2009/2010 tavasz.
Kérdésekre válaszok Zoltán Fodor KFKI – Research Institute for Particle and Nuclear Physics CERN.
Hőtan.
Optimalizáció modell kalibrációja Adott az M modell, és p a paraméter vektora. Hogyan állítsuk be p -t hogy a modell kimenete az x bemenő adatokon a legjobban.
Szabadenergia számítása számítógépes szimulációkban
Valódi felülethez viszonyított (intrinsic) szabadenergiaprofil számítása fluid határfelületeken Darvas Mária ELTE, Határfelületek és Nanorendszerek Laboratóriuma,
Ritka események szimulációja - Transition Path Sampling NYME TTK Kémia és Környezettudományi Tanszék 9700 Szombathely, Károlyi Gáspár tér 4. Borzsák István.
Kémiai reakciók.
Oldószermodellek a kvantumkémiában A kémiai reakciók legnagyobb része oldószerben játszódik le (jelentőség) 1. Az oldószermodellek elve 2.
STACIONÁRIUS RÉSZECSKETRANSZFER SZIMULÁCIÓJA MONTE CARLO ALAPOKON Kristóf Tamás Pannon Egyetem, Kémia Intézet Fizikai Kémia Intézeti Tanszék „Szabadenergia”
Valószínűségszámítás
A Boltzmann-egyenlet megoldása nem-egyensúlyi állapotban
Mi történik az euróval? Dr. Mellár Tamás, egyetemi tanár.
Erőterek Probléma: fehérjéknél nagy dimenziók  értelmetlen QM eredmények Megoldás: egyszerűsítés  dimenzió-csökkentés QM MM.
Elektrosztatikus számítások
Enzimreakciók Környezet figyelembe vétele   1 (  1 )-  2 (  2 ), mikor minden fragmens végtelen távolságban van Empirikus vegyértékkötés módszer.
Dr Jedlovszky Pál ELTE TTK
Spindinamika felületi klaszterekben Balogh L., Udvardi L., Szunyogh L. BME Elméleti Fizika Tanszék, Budapest Lazarovits B. MTA Szilárdtestfizikai és Optikai.
Geotechnikai feladatok véges elemes
A Van der Waals-gáz molekuláris dinamikai modellezése Készítette: Kómár Péter Témavezető: Dr. Tichy Géza TDK konferencia
Fényérzékenyítés fotodinamikus hatás általában destruktív jellegű fehérjéket, nukleinsavakat, membránalkotókat módosíthat.
Kémiai reakciók Kémiai reakció feltételei: Aktivált komplexum:
Csoportkeresési eljárások Vassy Zsolt. Tematika Girvan Newman klaszterezés Diszkrét Markov lánc: CpG szigetek Rejtett Markov lánc ADIOS.
Hibaszámítás Gräff József 2014 MechatrSzim.
NMR-en alapuló pórusvizsgálati módszerek
Elméleti módszerek a fehérjekutatásban Fuxreiter Mónika Enzimológiai Intézet.
Kinetikus Monte Carlo  Bevezetés  Véletlen bolyongás  Residence time algoritmus.
Kontinuum modellek 1.  Bevezetés a kontinuum modellekbe  Numerikus számolás alapjai.
Vizualizáció és képszintézis
Fizikai kémia 2 – Reakciókinetika
Fizikai kémia 2 – Reakciókinetika
ENZIMOLÓGIA.
Előadás másolata:

? Szabadenergia számítások • ligandum kötés • konformációs változás • aktiválási energia számítás • pKa számítás • „kötési energiák”

Szabadenergia Definíció: Fázistér teljes térfogatára kell számítani! Mennyiség átlagértéke: Sokaság-átlag

Szabadenergia számítások A: Helmoltz fv. (N,V,T) G: Gibbs fv. (N,P,T) X Probléma: mintavételezés a fázistérből általában alacsony energiájú konfigurációkat vizsgálunk nem megfelelő a magas energiájú konformerek reprezentációja

Szabadenergia számítások Szabadenergia- perturbáció (FEP) E Y X általános reakciókoordináta

Szabadenergia számítások Szabadenergia- perturbáció (FEP) sokaságátlag X állapotban

Szabadenergia számítások Szabadenergia- perturbáció (FEP) szimuláció X állapotban, az egyes konfigurációkon kiszámítani X és Y potenciális energiáját is Akkor működik, ha UY-UX kicsi Ha UY-UX nagy: közbülső állapotokat kell keresni, és minden közeli állapot között számítani a különbségeket

Szabadenergia számítások Szabadenergia- perturbáció (FEP) Technika: l paraméter definiálása, mely a rendszert egyik állapotból a másikba viszi P=lPX+(1-l)PY l paramétert N lépésben változtatjuk minden i, i+1 pont között számítjuk az A értékét. N DA=∑RTln<exp(-b(Ui+1-Ui)>i i=1

Szabadenergia számítások Szabadenergia- perturbáció (FEP) E r: referencia rendszer p: perturbált rendszer Y X kicsi Zwanzig formula konformációs átlag X „ablakolás” Nehézség: nagyobb változás esetén sok ablak kell és mindegyikben egyensúlyt kell elérni

Szabadenergia számítások Termodinamikai integrálás (TI) E A() folytonos fv. =1 =0 X

Szabadenergia számítások Termodinamikai integrálás (TI)

Szabadenergia számítások Termodinamikai integrálás (TI)

Szabadenergia számítások Termodinamikai integrálás (TI) E  csatolási paraméter =1 =0 Polinóm alak X minden k pontban szimulációt végzünk, kiszámítjuk a és kiintegráljuk

Szabadenergia számítások Termodinamikai integrálás (TI)

Szabadenergia számítások Termodinamikai integrálás (TI) E  csatolási paraméter =1 =0 polynomial path (Mezei) súlyok X az integrált optimálisan elosztott pontokban kell kiszámítani Nehézség: minden k pontban egyensúlyt kell elérni

Szabadenergia számítások Slow growth E folyamatosan változik minden MD lépésben =1 =0 X Nehézség: egyensúly elérése Fast growth W: munka, (W,t) W(W+dW) valószínűsége Előnye: egyidejűleg több változtatás vizsgálható

Szabadenergia számítások Részecske beillesztéses módszer (Particle insertion or Widom method)

Szabadenergia számítások Részecske beillesztéses módszer (Particle insertion or Widom method) szimuláció N részecskén egyensúlyi konfiguráció megpróbálok beleilleszteni még egy részecskét DU: N+1. részecske kölcsönhatási energiája a többivel

Szabadenergia számítások Locally enhanced sampling (Karplus és mtsai) • egy oldalláncnak N másolata van • egymással nem hatnak kölcsön • környezettel való kölcsönhatási energia 1/N javítja a mintavételezést az érdekes régióban • megváltozik a potenciálfv.  energiafelszín • csökkennek a konformációs változások energiagátjai • a globális minimum helye azonban nem könnyebb megtalálni

Hogyan ismeri fel az enzim Szabadenergia számítások Potential of Mean Force (PMF) T4 Endonukleáz V timin dimer (TD) javítása Hogyan ismeri fel az enzim a hibás bázist?

Szabadenergia számítások Potential of Mean Force (PMF) Hipotézis: a felismerés a DNS meghajlásával és kinyílásával kapcsolatos < < Módszer: • MD szimulációk (NPT) • PBC • ionos környezet • hosszú relaxálás • 1ns egyensúlyi szimuláció, • adatgyűjtés 0.1 ps Fuxreiter et al., (2002) J. Mol. Biol. 323, pp.823-834

Szabadenergia számítások Potential of Mean Force (PMF) Definiálunk a folyamat szempontjából 2 fontos koordinátát: • DNS hajlásszöge • kifordulás szöge PMF számítása

Szabadenergia számítások Potential of Mean Force (PMF) Eredmények: • egyensúlyi paraméterek meghatározása nyílt és zárt állapotban zárt nyílt hajlás nyílás hajlás nyílás TT 1° -1° 9° 137° TD 13° -1° 25° 151°

Szabadenergia számítások Potential of Mean Force (PMF) Eredmények (konvertálás energiára): • zárt állapotban = 3 kcal/mol • TD DNS erőállandója kisebb (68%) Aktiválási energia csökkenés = -2.5 kcal/mol

Szabadenergia számítások Potential of Mean Force (PMF) Problémák: • ahol P kicsi, azok nem kerülnek az A számolásához használt mintába • erős feltételezés a többi koordináta átlagos figyelembe vétele • átmeneti állapotok tanulmányozására nem alkalmas Umbrella sampling

Szabadenergia számítások Umbrella sampling (US) Magas energiájú részek mintavételezését próbálja megoldani nem-Boltzmann eloszlás Perturbáció: Boltzmann-átlag: átlagolás W(rN) valószínűségeloszlása alapján történik Baj: ha W(rN) túl nagy, nehezen konvergál

Szabadenergia számítások Umbrella sampling (US) Jelentősége: • a konfigurációs tér magasan fekvő régióiból vesz mintát • ezen folyamatok (pl. reakciók) energetikájának vizsgálatára alkalmas Irányított mintavételezés (bias) • hatékonyabb mintavételt valósít meg • a fázistér alacsonyan fekvő részeiben (energiagátakat csökkenti le)

Szabadenergia számítások Umbrella sampling (US) Mekkora az energiagátja CG és AT bázisok kifordulásának? Szimuláció: • nyílásszög  változtatása: 5° -ént • 40 „lépésben” (window) • 50 ps equilibration • 150 ps adatgyűjtés • kényszerpotenciál a nyílásszögre Giudice,Várnai,Lavery (2003) Nucl. Ac. Res 31, pp. 1434-1443.

Szabadenergia számítások Umbrella sampling (US) szabadenergia az egyes ablakokban: irányított (biased) valószínűség-eloszlás nem irányított (unbiased) valószínűség-eloszlás Giudice,Várnai,Lavery (2003) Nucl. Ac. Res 31, pp. 1434-1443.

Szabadenergia számítások Umbrella sampling (US) • purin bázisok a nagyárok felé fordulnak ki • -20 °-25° harmonikus rész, megmaradnak a H-kötések • folyamat aktiválási energiája • a szomszédos bázis is együtt mozog kis nyílásszögeknél • víz, ionok hatása Giudice,Várnai,Lavery (2003) Nucl. Ac. Res 31, pp. 1434-1443.

Szabadenergia számítások Mutációk vizsgálata wat wat B A wat wat A B

Szabadenergia számítások Mutációk vizsgálata Mutáció hatása DGsol számolás wat w wat w „prot” in „prot” in PDLD/S közelítés

Szabadenergia számítások Mutációk, ligandum kötés vizsgálata PDLD/S közelítés wat w wat w „prot” in „prot” in

Szabadenergia számítások Protein Dipoles Langevin Dipoles (PDLD) modell: I: érdekes rész (pl. aktív hely) II: fehérje többi része III: oldószer (i: belső, o: külső) IV: tömbfázis II I III i III o Konfigurációs átlagolás IV „Lineáris válasz” (LRA)

Szabadenergia számítások Mutációk hatása • pontos számítása nehéz, mert figyelembe kell venni a fehérje „válaszát” is a mutációra • termodinamikai cikluson végig kell menni gyors számítás KM értékekkel összehasonlítható eff értéke függ a szimulációs feltételektől (relaxálás, átlagolás, indukált dipólusok)

Szabadenergia számítások Mutációk hatása Ras p21 Milyen oldalláncok befolyásolják a kötődést? GDP GTP Muegge et al., (1996) Structure 4, pp.475-489

Szabadenergia számítások GTP GDP Ras p21 összes gerinc oldallánc Muegge et al. (1996) Structure 4,pp.475-489.

Szabadenergia 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

Szabadenergia számítások T4 Endonukleáz V

Szabadenergia számítások T4 Endonukleáz V

Szabadenergia számítások T4 Endonukleáz V