Алгоритм расчета конформационно-зависимых свойств белков для моделирования их координации с химическими соединениями

• Автор: Новиков, Федор Николаевич
• Шифр специальности: 02.00.04, 02.00.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 225 с. : ил.

Оглавление

Список сокращении

Определения
Введение.

Глава 1. Литературный обзор

I. Методы моделирования ионизационных свойств остатков белка.

. . Алгоритмы расисти ионизационных состояний остатков белка.

1.2. Силовые поля и скорипговые функции.

1.3. Сравнение точности различных алгоритмов предсказания ионизационных

состояний остатков белка

2. Методы реконструкции боковых радикалов остатков белка

2.1. Алгоритмы реконструкции боковых радикалов аминокислотных остатков
2.2. Силовые поля и методы оценки энергии системы.
2.3. Программные продукты для моделирования структуры белка.
3. Подходы к фильтрации результатов виртуального скрининга
4. Строение и функции фермента иолиАДФрибозаполимсразы.
4.1. Общие сведения о ферменте
4.2. Структура активного центра.
4.3. Ингибирование попиАДФрибпзополимеразы.
Глава 2. Экспериментальная часть
1. Пакеты программ, использованные в работе.
2. Конструирование моделей трехмерной структуры белков
3. Подготовка трехмерных структур лигандов
4. Докинг и виртуальный скрининг
5. Расчет свободной энергии образования комплексов
6. Фильтрация и расчет обогащения виртуального скрининга
7. Методика поиска фрагментных ингибиторов i ii
8. Экспериментальное определение параметров связывания
Глава 3. Результаты и обсуждение
1. Предсказания ионизационных свойств остатков белка
. . Описание алгоритма
1.2. Расчете ионизационных свойств рибонуклеазы П.
1.3. Скоринговая функция
1.4. Параметризация скоринговой функции.
1.5. Предсказание ионизационных свойств аминокислотных остатков.
1.6. Использование нескольких моделей белка для расчета рКа.
2. Реконструкция боковых радикалов остатков белка.
2.1. Алгоритм для реконструкции боковых радикалов и моделирования
структур мутантных форм ферментов.
2.2. Параметризация скоринговой функции .
2.3. Точность и вычислительная эффективность алгоритма в задачах
реконструкции боковых радикалов
3. Структурная фильтрация и подготовка фокусных библиотек
3.1. Виртуальный скрининг и структураная фияьтарация
3.2. Анализ результатов.
4. Влияние качества модели на точности докинга и виртуального скрининга
4.1. Влияние качества модели на точность молекулярного докинга.
4.2. Докинг нативных лигандов в Н1У1 протеалу
4.3. Влияние протонирования белка на точность виртуального скрининга
4.4. Влияние точности докинга на качество виртуального скрининга
4.5. Влияние качества модели на точность оценки энергии связывания
5. Поиск новых ингибиторов фермента поли АДФрибозо полимеразы.
5.1. Подготовка и оценка качества модели фермента.
5.2. Поиск новых ингибиторов фермента ПАРП1.
5.3. Поиск фрагментных ингибиторов фермента А РП1.
Выводы
Приложение 1.
Приложение 2
Приложение 3 и
Приложение 4
Приложение 5. .
Список литературы


Затем проводилось равновесное семплировапие состоящее из М шагов и расчет итоговых заселенностей ионизационных состояний различных остатков. Расчет рКа индивидуальных остатков проводился путем усреднения заселенностей ионизационных состояний, полученных в каждом из шести циклов семплирования, применения уравнения ГендерсонаХюссельбаха, с переменным коэффициентом Хилла . Таким образом, применение, применение метода МонтеКарло позволяет проводить оценки заселенностей ионизационных состояний различных остатков белка и проводить расчет соответствующих констант ионизации учитывая конформационную подвижность боковых радикалов. Как уже было отмечено, традиционно считается, что основным вкладом в смещение ионизационных свойств аминокислот в белке по сравнению с их свободным состоянием в воде вносят электростатические взаимодействия с другими заряженными остатками белка 1,2,. В то же время в ряде работ , было показано, что учет водородных связей является определяющим фактором корректности предсказания значений рКа. В связи с этим имеет смысл провести отдельное рассмотрение методов описания электростатических взаимодействий и силовых полей, основанных на явном учете вклада водородных связен в смещение рКа остатков белка. Одним из наиболее распространенных методов описания влияния электростатических взаимодействий на смещение рКа отдельных остатков является решение уравнения ПуассонаБольцмана методом конечных разностей 2. Метод конечных разностей широко известный и простейший метод интерполяции. Ею суть заключается в замене дифференциальных коэффициентов уравнения на разностные коэффициенты, что позволяет свести решение дифференциального уравнения к решению его разностною аналога, т. Vг Vфг к2 г фг Атгрг
различного размера, рассматривая област занятую белком, как континуум с низкой диэлектрической проницаемостью к 4, а объем занятый растворителем, как область с высокой диэлектрической проницаемостью с . Г2,. Где И шаг сетки, ,к индекс ячейки, ПО ОСЯМ X, у И 7. А определяются аналогично. Где Л коэффициенты матрицы диэлектрической проницаемости, Ь вектор зарядов. Для решения уравнения 5 были разработаны различные математические методы, такие как метод релаксации, сопряженных градиентов и т. Электростатический потенциал в точке, найденный путем численного решения уравнения ГГуассонаБольцмана применяется для расчета вклада электростатики в энергию сольватации. Описание электростатических взаимодействий путем решения уравнения РВ в большинстве случаев позволяет достаточно точно описывать электростатические взаимодействия, однако имеет высокую вычислительную сложность и требует значительных временных затрат. Один из подходов к упрощенному описанию электростатических взаимодействий является использование обобщенной модели Борна. Где Я и частичные заряды, диэлектрическая проницаемость среды и функция проводящая интерполяцию между эффективным Борцовским радиусом когда расстояния между атомами г,, мало и самим расстоянием ц когда атомы находятся на значительном расстоянии. Рассмотрим приближения, лежащие в основе обобщенной модели Борна. Для газовой фаза 1, тогда как в водном растворе есле. Решения уравнения 7 при этих двух условиях приводит к потенциалам, которые можно обозначить как фх11 и фкс. Норна
Если представить себе молекулу, содержащую заряды Я. Борцовских вкладов и парных кулоновских потенциалов. Основная задача обобщенной модели Борна может быть сформулирована как попытка найти относительно простое аналитическое выражение подобное уравнению , максимально точно описывающее уравнение Пуассона для реальных геометрий молекул. При расчетах АС,,, основанных на прямом решении уравнения Пуассона, эффект диэлектрической проницаемости в общем случае не ограничивается учетом множителя 0,41 и необходимо также учитывать диэлектрическую проницаемость белка. Таким образом, необходимо использовать некоторую модельную функцию ао, которая при описывает эффективный радиус Борна, тогда как в случае парного потенциала соответствует эффективному расстоянию взаимодействия.