Elektrosztatikus számítások

Slides:



Advertisements
Hasonló előadás
Szén nanocsövek STM leképezésének elméleti vizsgálata
Advertisements

Az “sejt gépei” az enzimek
? Szabadenergia számítások • ligandum kötés • konformációs változás
1 Miről lesz szó a következő 20 percben? I. A tartalékok legjobb becslésének főbb elemei II. A kockázati ráhagyás: CoC megközelítés III. CoC - egyszerűsítések.
majdnem diffúzió kontrollált
Enzimreakciók Enzimatikus katalízis értelmezése k cat [s -1 ] enzimvíz carbonic anhydrase 6x acetylcholine esterase 2x10 4 8x staphylococcal.
ENZIMOLÓGIA 2010.
Fajlagos ellenállás definíciójához
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
A konformációs entrópia becslése Gauss-keverék függvények segítségével
Erőállandók átvihetősége
Molekula-tulajdonságok
Klasszikus mechanikai kéttestprobléma és merev test szabad mozgása állandó pozitív görbületű sokaságon Kómár Péter témavezető: Dr. Vattay Gábor
MIKROELEKTRONIKA 3. 1.Felületek, felületi állapotok. 2.Térvezérlés. 3.Kontakt effektusok a félvezetőkben. 4.MES átmenet, eszközök.
Kémiai kötések.
12. előadás Elektrosztatikus és mágneses mezők Elektronfizika
Önkonzisztens Sűrűségfunkcionál Alapú Tight-Binding (SCC-DFTB) Módszer Száraz Áron Szegedi Tudományegyetem Természettudományi és Informatikai Kar Fizikus.
Matematika III. előadások MINB083, MILB083
Sugárzás-anyag kölcsönhatások
Ezt a frekvenciát elektron plazmafrekvenciának nevezzük.
Kulcs-zár illeszkedés (Emil Fischer)
ENZIMEK Def: katalizátorok, a reakciók (biokémiai) sebességét növelik
3. A HIDROGÉNATOM SZERKEZETE A hidrogénatom Schrödinger-egyenlete.
Az Enzimek Aktivitás-Kontrolja
1 6. A MOLEKULÁK FORGÁSI ÁLLAPOTAI A forgó molekula Schrödinger-egyenlete.
Elektron transzport - vezetés
EGYÉB HATÁSOK AZ ENZIMAKTIVITÁSRA BIM BSc 2007 Ionerősség pH Hőmérséklet Nyírás Nyomás (hidrosztatikai) Felületi feszültség Kémiai szerek (alkohol, urea,
Hőtan.
Kémiai reakciók.
Rezgések elmélete: kétatomos molekula klasszikus leírása
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”
A Boltzmann-egyenlet megoldása nem-egyensúlyi állapotban
Villamos tér jelenségei
Erőterek Probléma: fehérjéknél nagy dimenziók  értelmetlen QM eredmények Megoldás: egyszerűsítés  dimenzió-csökkentés QM MM.
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.
Torlódás (Jamming) Kritikus pont-e a J pont? Szilva Attila 5. éves mérnök-fizikus hallgató.
Diszkrét elem módszerek BME TTK, By Krisztián Rónaszegi.
Geotechnikai feladatok véges elemes
A dielektromos polarizáció
A Van der Waals-gáz molekuláris dinamikai modellezése Készítette: Kómár Péter Témavezető: Dr. Tichy Géza TDK konferencia
ELEKTROSZTATIKA összefoglalás KÉSZÍTETTE: SZOMBATI EDIT
N-Body probléma Két test közötti gravitációs erő m_i, m_j : tömeg r_ij : az i testből a j testbe mutató vektor G : gravitációs állandó Eredő erő: a túlzott.
Készült a HEFOP P /1.0 projekt keretében
A mozgás egy E irányú egyenletesen gyorsuló mozgás és a B-re merőleges síkban lezajló ciklois mozgás szuperpoziciója. Ennek igazolására először a nagyobb.
Magasépítési acélszerkezetek kapcsolatok ellenőrzése
Az atommag alapvető tulajdonságai
Földstatikai feladatok megoldási módszerei
Hága Péter ELTE, Komplex Rendszerek Fizikája Tanszék Statisztikus Fizikai Nap Budapest.
Készült a HEFOP P /1.0 projekt keretében
Úton az elemi részecskék felé
Villamos töltés – villamos tér
NMR-en alapuló pórusvizsgálati módszerek
Elméleti módszerek a fehérjekutatásban Fuxreiter Mónika Enzimológiai Intézet.
Az elektromágneses tér
A forrás- és az olvadáspont meghatározása
Kinetikus Monte Carlo  Bevezetés  Véletlen bolyongás  Residence time algoritmus.
Kontinuum modellek 1.  Bevezetés a kontinuum modellekbe  Numerikus számolás alapjai.
Elektromosságtan.
Nagyfeloldású Mikroszkópia
I. Az anyag részecskéi Emlékeztető.
Szerkezet Vázlat Bevezetés Aggregáció kölcsönhatások, erők
Munka Egyszerűbben: az erő (vektor!) és az elmozdulás (vektor!) skalárszorzata (matematika)
Másodrendű kötések molekulák között ható, gyenge erők.
Magerők.
ENZIMEK.
Előadás másolata:

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

Elektrosztatikus számítások Megközelítések all-atom dipolar fluid dipolar lattice continuum

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

Elektrosztatikus számítások Elektromos tér acetilkolin-észterázban

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

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

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

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

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)

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

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

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

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

Elektrosztatikus számítások Langevin Dipólus modell oldott anyag tere többi oldószer tere közeli oldószerek tere LD modell gyors konvergencia

Elektrosztatikus számítások Makroszkópikus modellek LD modell makroszkópikus modell

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

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.

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

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

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

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

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

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

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

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

Elektrosztatikus számítások pKa számítások

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Elektrosztatikus számítások T4 Endonukleáz V

Elektrosztatikus számítások T4 Endonukleáz V

Elektrosztatikus számítások T4 Endonukleáz V