Молекулярная динамика элементов вторичной структуры и корреляции флуктуаций атомных групп в белках

• Автор: Михайлюк, Максим Григорьевич
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 101 с. : ил

Введение.

Глава 1, часть 1. Метод молекулярной динамики.

1.1.1. Расчет траекторий движения.

1.1.2. Методы ускорения расчтов молекулярной динамики.

1.1.3. Методы интегрирования уравнений движения.

1.1.4. Ошибки интегрирования и способы их коррекции.

1.1.5. Внешние воздействия на систему, расчт при постоянной температуре.

1.1.6. Изучение гиперповерхностей потенциальной энергии и построение карт уровней потенциальной энергии.

1.1.7. Авто и кросскорреляционные функции двугранных углов.

1.1.8. Построение двумерных и одномерных распределений вероятностей значений торсионных углов.

Глава 1, часть 2. Теоретические основы рассеяния рентгеновских лучей.

1.2.1. Рассеяние объектами, содержащими один тип атомов.
1.2.2. Рассеяние объектами, содержащими атомы нескольких типов.
1.2.3. Использование моделей, для получения информации о структуре объекта, при обработке индикатрис рентгеновского рассеяния.
Глава 2. Молекулярная динамика изгибных флуктуаций элементов вторичной структуры белков.
2.1. Использование континуальной модели при описании динамики элементов вторичной структуры белков.
2.2. Динамические свойства аспиралей и 3слоя.
2.3. Динамика аспирали и 3слоя в белке.
Глава 3. Метод молекулярной динамики как вычислительный эксперимент по сравнительному изучению динамических свойств лизоцима при направленной вариации его структуры.
3.1. Постановка вычислительного эксперимента по изучению влияния дисульфидных мостиков на конформационную подвижность лизоцима.
И


3.2. Динамика аспиралей в большом домене лизоцима.
3.3. Динамические корреляции большого и малого доменов лизоцима.
3.4. Сравнение пространственных характеристик лизоцима с дисульфидными связями и без них.
Глава 4. Получение пространственных корреляционных функций биомакромолекул с помощью фурьеанализа данных диффузного рассеяния рентгеновских лучей.
4.1. Методика фурьеанапиза данных диффузного рассеяния рентгеновских лучей.
4.2. Исследование с помощью фурьеанализа ДРРЛ глобулярных белков миоглобина и лизоцима.
4.3. Исследование с помощью фурьеанализа ДРРЛ мембранных белков белков реакционного центра РЦ пурпурных бактерий.
4.4. Метод молекулярной динамики как инструмент для обработки экспериментальных данных по ДРРЛ лизоцимом с различными степенями гидратации.
Заключение и выводы.
Список литературы


В настоящее время этот метод является наиболее информативным для понимания закономерностей конформационной подвижности биополимеров. В простейшем варианте метода молекулярной динамики рассчитываются классические ньютоновские траектории движения атомов макромолекулы в силовом поле эмпирического атоматомного потенциала, т. Хг 1,2,. Таким образом, отметим, что сила является потенциальной силой, и зависит только от внутренней геометрии системы, но не зависит от времени и положения центра масс системы. В используемых итерационных процедурах каждый последующий шаг зависит от предыдущего, и задача имеет ограниченные возможности для оптимизации вычислений на многопроцессорных компьютерах. Квадратичный характер зависимости времени расчета от числа частиц обусловлен тем, что в общем случае необходимо определить расстояния между всеми возможными парами частиц. Существуют, однако, примы, позволяющие в явном виде не определять все парные расстояния, а оценивать их из разбиения пространства трхмерной сеткой . Несмотря на эти улучшения алгоритма расчета ситуация принципиально не изменяется. Например, при попытке распараллеливания алгоритма расчта парных взаимодействий, возникает проблема скоростного обмена информацией между процессорами входящими в вычислительный комплекс. Кроме того, траектории, получаемые в результате таких расчетов, имеют тем большую ценность с точки зрения статистического анализа, чем выше степень их эргодичности соответствия среднего по времени среднему по ансамблю. Свойство эргодичности траекторий достигается при условии достижения статистически достоверного распределения молекулярной системы в конфигурационном пространстве. Становиться понятно, что с ростом числа частиц в системе возрастает и размерность соответственно и объм конфигурационного пространства. В общем случае размерность конфигурационного пространства для нелинейных молекул связана с числом частиц следующим образом О ЗЛ 6. Таким образом, условие эргодичности накладывает дополнительные ограничения на размер рассчитываемых молекул, поскольку время, необходимое для достижения скольконибудь статистически достоверного распределения в конфигурационном пространстве может быть оценено из соображений аналогичных оценке времени диффузии в многомерном пространстве. Поэтому с ростом числа атомов в системе растт не только время, затрачиваемое на один шаг интегрирования, но и конечное время численного эксперимента, необходимое для получения достоверных результатов ,. Очевидно, что расчт больших порядка тысяч атомов и более систем даже на очень быстрых современных компьютерах весьма затруднителен, поэтому данный метод позволяет наблюдать движение больших молекулярных систем лишь в наносекуидных и субмикросекундных диапазонах времн. Задав координаты и скорости всех частиц в начальный момент времени, числено решают уравнения движения, вычисляя на каждом шаге все силы и новые координаты и скорости частиц. Здесь полное число степеней свободы молекулы, кв постоянная Больцмана. Кроме того, в этом случае сохраняется полная энергия системы, а температура получается усреднением ее мгновенных значений по некоторому интервалу времени. В качестве указанных типов потенциальных взаимодействий можно использовать различные аналитические зависимости энергии от геометрических параметров молекулярной системы. Существуют различные подходы задания аналитических зависимостей и вычисления значений сил и энергии. Набор аналитических зависимостей соответствующих компонент потенциальной энергии 1. Имеется несколько групп силовых полей , , V, I К В каждой группе обычно имеется несколько версий силовых полей, например, , , , , . Каждая из групп силовых полей обычно создавалась с целью решения ограниченного крута задач, и лишь спустя некоторое время авторы добавляли в наборы параметров новые константы, расширяя круг задач которые могут быть исследованы с использованием конкретного силового поля. Примером такого динамично развивающегося силового поля является i Р. Основой для создания этого силового поля служили задачи оптимизации геометрии трхмерных рентгеновских структур биологических макромолекул.