Молекулярная динамика пептидных структур и функционирование ионного канала глицинового рецептора

• Автор: Терешкина, Ксения Борисовна
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 150 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1. Методы молекулярной динамики при исследовании биообъектов

Физические основы метода молекулярной динамики.

Температура и термостаты

Столкновительный термостат

Термостат Берендсена

Термостат НозеГувера.

Ланжевеновская динамика.

Длина траектории и эргодичность.

Численное интегрирование. Метод Верле.

Обработка результатов. Статистики.

Сравнительный анализ результатов
Использование данных квантовохимических расчтов.
Приближения при решении волнового уравнения.
Расчтные методы квантовой химии
Поиск стационарных точек поверхности потенциальной энергии
Глава 2. Отработка методов молекулярной динамики для исследования
биологических объектов
Сравнительное изучение термостатов
Изучение влияния гидрофобности среды на динамику пептидов.
Протокол молекулярной динамики
Двумерные сечения Пуанкаре
Дисперсионный анализ двумерных сечений Пуанкаре.
Трхмерные сечения Пуанкаре. Эффективный объм
Автокорреляционные функции
Изучение эффектов, связанных с образованием водородных связей
Ряд модифицированных тирозинов
Динамическое поведение олигопептидов. Ноотропный агент СЕМАКС
Заключение
Глава 3. Отработка методов управляемой молекулярной динамики
Функционирование ретинапьсодержащих белков родопсина и
бактериородопсина.
Особенности функционирования бактериородопсина
Изомеризация ретиналя внутри зрительного родопсина
Определение барьеров внутреннего вращения.
Определение параметров МД протокола для основного и возбужднного
состояния ретиналя методами квантовой химии.
Нахожения параметров силового поля
Параметры силового поля для ретиналя в Бо состоянии.
Параметры силового для ретиналя в возбужднном состоянии
Динамика ретиналя в невозбужднном состоянии
Динамика ретиналя в возбужднном состоянии
Применение метода управляемой молекулярной динамики к изучению
ионных каналов
Расчт проводимости ионного канала
Заключение
Глава 4. Получение структуры канала глицинового рецептора в закрытом и открытом состояниях. Изучение миграции ионов методами управляемой
молекулярной динамики.
Функционирование глициновых рецепторов
Расположение глицинсргичсских тормозных нейронов, волокон,
содержащих глицин и глициновых рецепторов.
Предсинаптические глицинергические окончания.
Биосинтез и расщепление глицина
Механизм запасания и выброса глицина из предсинаптических терминалей.
Определение параметров силового поля для систем с гидратированными
Моделирование структуры канала глицинового рецептора
Закрытый канал
Открытый канал
Исследование миграции ионов сквозь канал рецептора в открытом
состоянии.
Динамика прохождения различных ионов
Исследование влияния диэлектрической проницаемости среды
Влияние парциальных зарядов на динамику гидратированных ионов 8 Сравнительное изучение ионной миграции при действии различных сил
Влияние изменения радиуса канала
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Потенциальная энергия для торсионных углов, плоских групп и псевдоторсионных углов задается общим выражением 6, представляющим собой ряд Фурье Мидзусима, Дашсвский, Полторак, . Было установлено, что во всех случаях достаточно оставлять не более четырх членов ряда включая нулевой. Потенциалы 1 и иф отличаются константами. Взаимодействие между атомами, не связанными валентной связью, описываются с помощью потенциала ЛеннардДжонса 8 или потенциала для водородной связи 9 Каплан, . Отталкивание в этих формулах аппроксимируется членом выбор степени обусловлен математическими удобствами. Водородная связь относится к специальному типу связи и обусловлена тем, что радиус иона Н на порядок меньше, чем у других ионов. В формулах 8 и 9 имеется различие во вкладах, описывающих притяжение. в 8 соответствует дисперсионному дипольдипольному взаимодействию, а в 9 вводится исходя из феноменологических соображений. i, , и др. и др. ЛеннардДжонса и кулоновских взаимодействий близлежащих атомов. Рис. i ii i i используется для белков, нуклеиновых кислот и ряда других классов молекул. Не рекомендуется использовать для расчтов свойств материалов. ii i ii ii белки, нуклеиновые кислоты в растворах. i v i используется для различных систем от небольших молекул до сольватированных комплексов биологических макромолекул. V i V i включает уточняющие вклады ангармоничности и взаимодействия составляющих силового поля. Поле параметризовано для расчтов пептидов и белков. i ii белки, нуклеиновые кислоты, углеводы. В программной реализации молекулярной динамики внутренние координаты системы пересчитываются в декартовы координаты атомов и, наоборот, с помощью алгоритма Эйринга , i, . В реальных экспериментах интересующие нас молекулы обычно находятся в растворах и активно взаимодействуют с молекулами растворителя. Температура системы поддерживается за счт энергообмена с внешней средой. Детальный учт взаимодействия молекулы с внешней средой часто невозможен. Для учта эффектов энергообмена с внешней средой используются специальные алгоритмы термостаты. В молекулярной динамике температура молекулярной системы вводится через удельное среднее значение кинетической энергии. V скорость атома, полное число атомов МелвинХьюз, . Больцмана. Часто, для того чтобы ускорить сканирование репрезентативной точкой конфигурационного пространства расчты проводятся при относительно высоких температурах. Использование термостата особенно важно на этапе релаксации системы. В случае установившегося термодинамического равновесия температура термостата и средняя температура молекулярной системы должны совпадать. Энергии подсистем обычно много меньше энергии термостата, это является условием практического равновесия. При изучении молекулярной динамики обычно фиксируют температуру термостата. Температура молекулярной системы может при этом меняться вследствие различных причин. Например, изза конечного шага интегрирования частица может оказаться в классически запрещнной области. Это приведт к резкому скачку энергии, а затем и температуры. Ниже рассматриваются наиболее часто встречающиеся модели термостатов. В модели столкновительного коллизионного термостата вводится среда виртуальных частиц, взаимодействующих с частицами изучаемой молекулярной системы Ьетак, Ва1аЬаеу, Ьетак, Ва1аЬаеу, . Столкновения происходят по закону упругих шаров. Варьируя массу виртуальных частиц и частоту столкновений с атомами системы, добиваются наилучшего совпадения с экспериментальными данными. При расчте в вакууме обычно задают массу виртуальных частиц а. Такая среда по вязкостным свойствам близка к воде при н. Больцмана, Т температура термостата. Алгоритм Берендсена основан на введении знакопеременного трения , i, .