ВВЕДЕНИЕ 3
1 Анализ пространственной структуры на основе ЯЭО 5
1.1 Ядерный эффект Оверхаузера 7
1.2 Определение межъядерных расстояний из
спектров NOESY 10
2 Методы компьютерного моделирования
структуры и динамики молекул 12
2.1 Метод молекулярной динамики 13
3 Объекты исследования 18
3.1 Полипептиды и их структура 18
3.2 Инсулин 20
4 Алгоритм моделирования 22
4.1 Моделирование в пакете GROMACS 23
4.2 Моделирование в пакете MATLAB 24
4.2.1 Формализм Липари-Сабо 27
4.2.2 Расчет спектральной плотности и скорости
кросс-релаксации 29
5 Результаты моделирования 31
5.1 Мономер бычьего инсулина 31
5.2 Димер бычьего инсулина 40
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 42
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 43
ПРИЛОЖЕНИЯ 46
Исследование сложных бимолекулярных систем, их свойств и поведения в различных средах актуально и необходимо во многих областях науки.
Органические структуры включают в себя сложные химические объекты — белки, нуклеиновые кислоты, ферменты и т. д., которые возможно описывать различными методами, такими как метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Вобластиядерногомагнитного резонансасуществует широкий ряд экспериментов, позволяющих изучать свойства веществ — определять химическую и пространственную структуру, функции и динамику молекул, однако, изучение части свойств возможно только при дополнительном использовании теории или модели.
Впоследнеевремя большоеразвитиеполучила область компьютерного моделирования физических систем, одним из преимуществ которой является возможность справиться с проблемой многих тел — решение в обобщенном виде квантового уравнения Шредингера или классического уравнения Ньютона для более двух точечных тел.
Таким образом, связь эксперимента и теории посредством компьютерного моделирования позволяет улучшить получаемую информацию, сучетом более точного представления природы.
Целью работы была разработка программы для расчета скоростей кроссрелаксации на основе использования метода молекулярной динамики, и ее апробация на компьютерных моделях мономера и димера бычьего инсулина.
При этом необходимо было решить следующие задачи:
• Разработать алгоритм и написать программу для вычисления кросс- релаксационных параметров на основе рассчитанных методом молекулярной динамики траекторий атомов;
• Провести моделирование динамики мономера и димера бычьего инсулина в пакете GROMACS;
• На основе полученных методом МД данных вычислить корреляционные функции, спектральные плотности и скорости кросс-релаксации для заданного списка пар ядер 1Н.
• Провести анализ полученных данных и сравнить их известными данными эксперимента ЯМР NOESY для бычьего инсулина.
Входе работыбылиспользованметод молекулярной динамики, спомо- щью которого были исследованы мономер и димер бычьего инсулина, получены следующие результаты:
• Разработан алгоритм и написана программа для вычисления кросс-релаксацио] параметров на основе рассчитанных методом молекулярной динамики траектории;
• В пакете GROMACS проведено моделирование динамики мономера и димера бычьего инсулина в водном растворе, получены траектории атомов;
• На основе полученных методом МД данных вычислены корреляционные функции, спектральные плотности и скорости кросс-релаксации для заданного списка пар ядер 1Н.
• Проведено сравнение полученных данных с известными данными эксперимента ЯМР NOESY для бычьего инсулина. Полученные данные находятся в хорошем соотвествии с экспериментальными.
• Показано, что для димера полученные в ходе вычислении результаты ближе к экспериментальным, по сравнению с мономером.
Результаты, полученные для мономера представлены на международной школе-конференции "Spinus-2019", результаты, полученные для димера приняты на публикацию в качестве тезисов и статьи на итоговой конференции КФУ.
