Diszkrét molekuladinamika és alkalmazásai Gyimesi Gergely 2007. május 10.

Az előadások a következő témára: "Diszkrét molekuladinamika és alkalmazásai Gyimesi Gergely 2007. május 10."— Előadás másolata:

1 Diszkrét molekuladinamika és alkalmazásai Gyimesi Gergely 2007. május 10.

2 Ding F, Dokholyan NV: Simple but predictive protein models. Trends Biotechnol. 2005 Sep;23(9):450-5. Szimulációs módszerek alkalmazhatósági tartományai

3 Szimulációs módszerek Newton egyenletek Folytonos potenciálfüggvények Numerikus integrálás pl. Lennard-Jones kisebbnek kell lennie, mint a leggyorsabb mozgás ideje a rendszerben (különben jelentős numerikus hibák) tipikusan ~ 1 fs HagyományosDiszkrét molekuladinamika Lépcsős potenciálfüggvények trajektória ütközési eseményekballisztikus szakaszok egyszerű analitikus megoldás Eseményvezérelt szimuláció időlépés: A B

4 1 Diszkrét molekuladinamika Rugalmas ütközések belépés kilépés visszapattanás belső visszapattanás 2 impulzus energia megoldható

5 A mi DMD implementációnk 7400 sornyi C programkód és Python/Perl segédszkriptek Az irodalomban fellelhető legújabb optimalizálási technikák beépítve Párhuzamosításra kész

6 Szimulációs rendszer Polialanin 16-mer α–β átmenete

7 Szimulációs rendszer Polialanin 16-mer

8 Szimulációs rendszer Másodlagos szerkezeti elemek fluktuációja T=330K-en

9 Szimulációs rendszer Másodlagos szerkezeti elemek előfordulása a hőmérséklet függvényében

10 Szimulációs rendszer Polialanin 8-mer oligomerizáció – kezdeti állapot

11 Szimulációs rendszer Polialanin 8-mer oligomerizáció I.

12 Szimulációs rendszer Polialanin 8-mer oligomerizáció II.

13 Simulation system Polyalanine 8-mer oligomerization III.

14 Nehézatom modell Durva felbontású modell gerincatomok: N, C, O, C α oldallánc atomok: C β, C γ, Cγ2Cγ2 β-elágazóaknál (Thr, Ile, Leu) CδCδ nagyméretűeknél (Arg, Lys, Trp) Ding F, Buldyrev SV, Dokholyan NV: Folding Trp-cage to NMR resolution native structure using a coarse-grained protein model. Biophys J. 2005 Jan;88(1):147-55. oldallánc atom típusok: H – hidrofób A – amfipatikus AR – aromás P – poláros PC – pozitív töltött NC – negatív töltött

15 Nehézatom modell Hidrogénkötés N és O atomok között csak akkor jöhet létre, ha mind a négy távolságkényszer teljesül orientációfüggés modellezésére távolságkényszerek minden i és i+3 aminosav között megengedett oldallánc-gerinc hidrogénkötés is lehetséges (donor és akceptor atomok) kötésekhard-core taszításnemkötő kölcsönhatások

16 Nehézatom modell Problémák az irodalomban leírt modellel: hiányzó paraméterek, pl. O és C β atomokra (főleg hard-core sugarak) kérdéses az 1-4 párok kezelése Hard-core sugarak szerepe: megszabják a Ramachandran-térben elérhető tartományokat befolyásolják a másodlagos szerkezeti elemek (főleg hélixek) kialakulási valószínűségét Javasolt megoldás: lokális (1-4) és nemlokális atomi hard-core sugarak N, N 2, O, O 2, C, C 2, C β, C β 2 Kérdés: hogyan lehet ezeket a paramétereket beállítani?

17 Nehézatom modell Paraméterek beállítása – szempontok a Ramachandran-térben bejárt terület megegyezzen az ismert megengedett területekkel stabil α-hélixek tudjanak létrejönni Az egyes tiltott tartományokat mely atomok ütközése hozza létre? ( (Ala) 3 tesztrendszer ) Tiltott tartományok méretének beállítása az atomi sugarak segítségével Paraméterkészlet (Ala) 16 -ban milyen típusú hélixek jönnek létre? N1.46 Å N 2 1.37 Å O1.35 Å O 2 1.20 Å C1.41 Å C 2 1.40 Å C β 1.65 Å C β2 1.50 Å

18 Nehézatom modell Paraméterek beállítása nemlokális lokális

19 Nehézatom modell Trp-cage Natív szerkezetet egyelőre nem sikerült létrehozni Problémák: 3 10 hélix kialakulása túl gyakori elképzelhető, hogy a hidrofób kölcsönhatások súlya túl kicsi a hidrogénkötésekéhez képest Lehetséges továbbhaladási irányok: energetikai paraméterek újrakalibrálása kiterjedt konformációs vizsgálat széles hőmérséklettartományban