Реферат «Ақуыздардың динамикалық қозғалуының физикалық модельдері»
жүктеу/скачать 6.4 Mb.
|
| Ақуыз молекулалық динамикасы
Ақуыз молекуласын құрайтын атомдар микроортаның әртүрлі әсерлерін бастан кешіреді және әртүрлі қозғалыс түрлеріне қатысады. Өте жылдам термиялық қозғалыстар сирек кездесетін, соның ішінде функционалды маңызды қайта реттеулермен тығыз байланысты. Глобулярлық белоктардың ішкі қозғалыстары амплитудасының 10-3-тен 10 нм-ге дейін өзгеруімен, энергиясының - 0,4-тен 420 кДж/мольге дейін, уақыттың 10-15-тен 103 с-қа дейін өзгеруімен сипатталады. Белоктағы атомдар мен олардың топтарының қозғалысы қоршаған атомдар торында болғандай болады. Қысқа уақыттарда (~10-13 с) мұндай топтар салыстырмалы түрде аз амплитудалық (0,02 нм) тербелмелі қозғалыстарды орындайды. Ұзақ уақыттарда қозғалғыштығының физикалық модельдері алмасулар, қоршаған атомдардың ұжымдық орын ауыстырулары орын алады, ие жергілікті немесе бүкіл молекула сипатын қамтитын. Бөлме температурасында табиғи протеиннің барлық спектрі бар конформациялар. Олардың көпшілігі ортаңғы позициялардың ортаңғы ұшына жақын орналасқан. Мұндай ауытқулар белоктардағы орташа түзілу, оны рентгендік дифракция деректерінен алуға болады. Дегенмен, кез келген сәтте атомдар санының орны айтарлықтай ерекшеленеді.Атомдардың жылулық қозғалыстарынан туындаған құрылымдар ақуыз қызметінде маңызды рөл атқарады. Сұрақ туындайды: жеке атомдардың қозғалысының және әсіресе конформациядағы тепе-теңдік позицияларының айналасындағы ауытқулардың үлесі қандай? VIII, IX белоктың конформациялық энергиясы жалпы атом-атом әрекеттесулерімен анықталатыны және оны жуықтап есептеуге болатыны көрсетілді. (IX.1.1) типті әлеуетті функциялармен имитацияланады. Осы өзара әрекеттесулерді есепке алу нәтижесінде алынған энергетикалық карталар жалпы конформациялық потенциалдың минимумының шартына сәйкес орташаланған атомдық координаттарды береді (IX.10-суретті қараңыз). Алайда, осылайша жеке атомдардың қозғалыстары мен позицияларының ауытқуын тікелей бақылау мүмкін емес. Басқа тәсіл жеке атомдар үшін қозғалыстың классикалық теңдеулерін шешуге негізделген, онда қозғаушы күштер атом-атом әрекеттесулерінің белгілі потенциалдық функцияларынан анықталады. Динамикалық модельдеу әдісі. Бұл әдісті қолдана отырып, жылдам шағын масштабты процестер туралы толық ақпарат алуға болады,бірнеше пикосекундқа ғана созылады (1 пс = 10-12 с) және бірнеше ондаған немесе жүздеген атомдарды қамтиды. М атомдары бар молекулалық жүйенің үлгісі ретінде қозғалысы классикалық Ньютон теңдеулерімен сипатталатын өзара әрекеттесетін M материалдық нүктелер жиынтығы: Материалдық нүктелер атомдарды «модельдеу», яғни; - олардың массалары, F; ток оларға күш. Барлық бөлшектердің бастапқы уақыттағы координаталары мен жылдамдықтары оның әрекетін уақыттың кейінгі кезеңдерінде анықтау. Қазіргі компьютерлер мұндай теңдеулерді бірнеше үшін сандық интегралдауды жүзеге асыруға мүмкіндік береді көптеген жүздеген немесе мыңдаған атомдар кейде 10-11-10-10 с. Алынған тректер барлық атомдардың қозғалыстары құрылымдық дамудың жан-жақты көрінісін береді уақыт бойынша ауытқулар. Қарастырылып отырған механикалық жүйеде оның қозғалысы кезінде толық энергия сақталады. Температура кинетикалық энергияның еркіндік дәрежелеріне тең таралуы туралы теоремамен анықталады: мұнда орташа барлық бөлшектер бойынша да, уақыт бойынша да алынады. Көрсетілгендей (VIII және IX тарауларды қараңыз), ақуыз молекуласының конформациялық энергиясы жалпы атом-атом әрекеттесуімен анықталады және потенциалдық функция арқылы жуықтауға болады өйткені ол корреляциялық функцияларды пайдаланады Корреляциялық функциялардың Фурье түрлендіруі тербелістердің жиілік спектрін береді, бұл тербелістердің демпфингінің уақытша сипатына негізгі үлес қосатын жиіліктерді анықтауға мүмкіндік береді. Әдетте, АТ молекуласындағы атомдардың орын ауыстыруының корреляциялық функциялары ыдырау уақыты 1–2 ps болатын монотонды ыдыраумен сипатталады. Корреляциялық функцияның жылдам ыдырауы пикосекундтық уақыт аралығындағы атомдық орын ауыстырулардың кездейсоқ диффузиялық (броундық) сипатын анық көрсетеді. Негізгі үлес атомдық топтардың бір байланыстар айналасындағы айналуынан келеді , өйткені жергілікті валентті байланыстар бойындағы тербеліс атомдардың жалпы орын ауыстыруының шамасына тиімді әсер етпейді, бірақ олар атомдардың демпфингіне қосылуы мүмкін. жоғары жиілікті компоненттер түріндегі корреляциялық функция. Сондай-ақ потенциалдық энергияның 96 ps интервалында орташа алынған мәндерге қатысты жеке құрамдас бөліктерінің мәндеріндегі анықталған ауытқулар үлкен қызығушылық тудырады. Жалпы энергия құрамдастарының бұл тербелістері 20-дан 60 кДж/мольге дейін өзгерді және айтарлықтай ұзақ уақытқа (2-15 пс) сақталды. Алайда, жалпы потенциалдық энергияның мәндері вандер-Ваальс өзара әрекеттесу және жеке байланыстар айналасындағы ішкі айналу энергияларындағы бір уақытта пайда болатын ауытқулардың өзара өтелуіне байланысты азырақ ауытқулар берді (2-5 пс үшін 4-16 кДж/моль). Жүйеде ұзақ өмір сүретін энергия ауытқуларымен қатар α- көміртек атомдарының позицияларының ұзақ өмір сүретін (20 пс дейін) тербелістері де болады. Соңғылары, ең алдымен, жалпы потенциалдық энергияның бетінде белоктың макромолекуласының бір конформациялық субстанциядан екіншісіне ауысуымен байланысты. Бұл энергияның осындай ауытқуларының ыдырау уақыттары мен бүйірлік тізбектердегі жеке ромерлер арасындағы ақуыздағы құрылымдық ауысу уақыттары арасындағы корреляция арқылы расталады. АТ молекуласындағы хош иісті белок тізбектерінің динамикасын егжей-тегжейлі зерттеу нәтижесінде флуктуациялық өзгерістердің релаксация процестерінде микроортаның шешуші рөлін көрсетті. IT протеиніндегі ароматты сақина тир-21 басқа аминқышқылдарының қалдықтарымен қоршалған, сондықтан ол үшін энергия картасындағы минималды потенциалдық энергияның орны хош иісті сақинаға әсер ететін бос дипептидпен салыстырғанда қатаң түрде анықталады. тек негізгі тізбектер бойынша. Суретте. XI.4 айналу бұрышының (Ф) ауытқуын көрсетеді (AF) деңгей-21, орташа мәннен (F) ауытқу ретінде көрсетілген. Белоктағы тир-21 сақинасының айналмалы қозғалысының микроорта атомдарымен соқтығысуына байланысты бос фрагментпен салыстырғанда дұрыс емес екенін суреттен көруге болады. Нормаланған корреляциялық функцияның уақытқа тәуелділігі суретте көрсетілген. X1.5. Көріп отырғанымыздай, ол оқшауланған тир-21-мен салыстырғанда ақуызда тез ыдырайды. 21-ші деңгейлі сақинаның қозғалыс теңдеуі Лангевин теңдеуі (XI.1.8) және бұл жағдайда нысаны бар мұндағы (1) айналу бұрышындағы ауытқуларды сипаттайды; 1-7,5.1015 г см/моль ароматты сақинаның айналу осіне қатысты инерция моменті; y – үйкеліс коэффициенті; a - қаттылық тұрақтысы; Fcm(t) микроортадағы ауытқулар кезінде сақина сезетін кездейсоқ соққыларды көрсетеді. For(t) мәніндегі елеулі өзгерістер арасындағы орташа уақыт ~0,07 ps құрайды. дан көрініп тұрғандай X1.5, осы қысқа мерзімде F айтарлықтай өзгеріп үлгермейді. Fst(t) – Гаусс үлестірімі бар кездейсоқ шама және ол сипаттайтын жеке соққылар сақинаның қозғалысына әсер етеді. (X1.3.5) коэффициенттерінің мәндері эксперименттік деректерді өңдеу көрсеткендей, мәндері a = 5,5-104 Дж/(рад2 моль); y = 0,11 г.см/ (с. моль), ал ыдырау уақыты t = γ/α = 0,2 пс. Динамикалық модельдеу әдістерінің дамуы зерттеуге мүмкіндік бередіактивтену энергиясын жеңуді қажет ететін молекулалық қайта құрулар кедергілер. Бұған, атап айтқанда, еңбектерде зерттелгендер жатады M. Karplus және J. A. McCamon ароматты сақина tyr-35 айналуы, белок молекуласына терең «батырылған». Белсендіру тұрақтылары болғандықтан белоктардағы процестер, әдетте, 10 ° st¹ аспайды, содан кейін қажет болды-1 интеграциялық кезеңдері бар кәдімгі модельдеу әдістерін өзгерту теңдеулер 10-10-10-11 с артық емес. Модельдеудің бірінші кезеңінде атомдардың конфигурациясын әртүрлі түрлендірулер энергетикалық тосқауылға жақын жерлерді алып жатқан жұмыс істейтін мемлекеттер, энергетикалық карталарда бастапқының энергетикалық «сайларын» бөлу және соңғы күйлер. Өтпелі процестің өзін модельдеу осы ауысулар арқылы атомдардың қозғалыс траекторияларын есептеу арқылы жүзеге асырылды олардың қозғалысының берілген бастапқы жылдамдықтарында жүгіру күйлері. Анықталғандай, ярус-35 сақина потенциалды айналу кедергісін кесіп өтеді жүктеу/скачать 6.4 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|