ВВЕДЕНИЕ 3
1 Метод молекулярной динамики 4
1.1 Молекулярная динамика 4
1.2 Компьютерное моделирование 5
1.3 Модель атомно-силового поля молекулярной системы 6
1.4 Алгоритм молекулярной динамики 9
1.5 Численное интегрирование уравнений движения 10
1.6 Расчет сил и дальние взаимодействия И
1.7 Периодические граничные условия 12
1.8 Молекулярная динамика как статистический метод механики . 13
1.9 Ограничения молекулярной динамики 15
1.10 Квантовые эффекты 17
1.11 Надежность межатомных потенциалов 18
2 Структура пептидов и методы её изучения при помощи ЯМР . . 19
2.1 Строение и структура полипептидных молекул 19
2.2 Определение межъядерных расстояния на основе
эффекта Оверхаузера 22
3 Моделирование структуры биомолекул в водном растворе .... 25
3.1 Пакет GROMACS 25
3.2 Объекты исследования 25
3.3 Алгоритм моделирования 27
3.4 Анализ результатов 28
3.5 Сравнение расстояний, полученных разными способами ... 38
4 Моделирование структуры пептидов в комплексе с мицеллами
на основе ДСН 39
4.1 Додецил сульфат натрия (ДСН) 39
4.2 Алгоритм моделирования 40
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 44
ЛИТЕРАТУРА
Изучение структуры и динамического поведения сложных биомолекул, очень важно для понимания происходящих в живом организме процессов. К таким биомолекулам, например, можно отнести белки и нуклеиновые кисло-ты, ионы, транспортируемые сквозь мембрану, ферменты, вызывающие каскадную химическую реакцию, и т. д.
Одним из основных методов, позволяющим экспериментально получать информацию о пространственном строении молекулы является метод ЯМР высокого разрешения. Параметры спектров ЯМР содержат косвенную, но, тем не менее, очень важную информацию о структуре молекул — так, из анализа констант косвенного спин-спинового взаимодействия можно получить информацию о двугранных углах, из анализа интенсивности кросс-пиков в двумерных спектрах NOESY — информацию о межъядерных расстояниях.
Однако, вся получаемые из спектров ЯМР геометрические параметры являются косвенными — регистрация сигнала ЯМР изначально подразумевает усреднение наблюдаемых эффектов во времени, также одинаковое изменение интенсивности и положения сигналов в спектрах ЯМР может быть вызвано как изменением структуры молекулы, так и другими разнообразными причинами.
Цель работы состояла в том, чтобы сравнить насколько отличается информация от структуре биомолекул (в качестве которых были выбраны пептидные цепочки, содержащие от 4 до 12 аминокислотных остатков), полученная из ЯМР-экспериментов и путем численного моделирования системы методом молекулярной динамики.
Для этого оказалось необходимо решить следующие задачи:
- Методом молекулярной динамики произвести моделирование поведения изучаемых пептидов в водном растворе и в комплексах с мицеллами на основе додецилсульфата натрия (ДСН, SDS);
- Проанализировать полученную с ходе моделирования структурную информацию, предложить методы её сравнения с экспериментом;
- Сравнить информацию, полученную методом МД и экспериментальные данные.
1) Методом молекулярной динамики в программном пакете GROM ACS построены модели молекул тетрапептида (SFGV), пептида РАР262-270 (VLVNEILNH), декапептида (VIKKSTALLG) и линейного додекапептида у С-12 (HHLGGAKQAGDV) в водных растворах. Также эти молекулы были смоделированы в комплексе с мицеллой в водных растворах.
2) Проанализирована зависимость межатомных расстояний от времени, найдены параметры распределения (средние значения, доверительные интервалы).
3) Произведен анализ и сравнение полученных теоретических межатомных расстояний с экспериментальными данными из спектров ЯМР.
4) На основе сравнения можно сделать вывод, что результаты моделирования в целом хорошо согласуются с экспериментальными значениями расстояний, полученными методом ЯМР, однако в случаях, когда фрагмент молекулы обладает высокой подвижностью, эксперимент по сравнению с расчетами дает заниженные значения расстояний по сравнению с результатами, полученными методом МД.
