Pytanie:
Jak mogę określić, czy zachodzą interakcje π-π między amidem a pierścieniem aromatycznym w białku?
Nick T
2012-04-26 01:06:19 UTC
view on stackexchange narkive permalink

W ustalonej przeze mnie strukturze kryształu pierścień triazolowy na moim ligandzie wydaje się być ułożony w stos z tyrozyną (u góry na zdjęciu):

stacking interactions in a protein

Jednak jest też amid, dzięki uprzejmości glutaminy, blisko niego (na dole). Czy jest prawdopodobne, że ten końcowy amid jest zaangażowany w interakcje π-π z triazolem, czy po prostu słabsze siły dyspersyjne? Jak mogę określić ilościowo, jak znacząca jest interakcja?

Możesz użyć podejścia nadcząsteczkowego. Określ energie dla dwóch izolowanych monomerów [E (mon1)] i [E (mon2)], a następnie energię dwóch oddziałujących monomerów [E (dimer)]. Następnie po prostu wykonaj [E (mon1) + E (mon2)] - E (dimer) = E (interakcja). Oczywiście musiałbyś określić, jak chcesz zdefiniować swoje monomery. Do układania pi-pi będziesz chciał użyć czegoś lepszego niż MP2, najprawdopodobniej, ponieważ MP2 ma tendencję do nadmiernego wiązania aromatycznych dimerów o znaczną ilość. Sugerowałbym CCSD (T).
@LordStryker DFT-D będzie tutaj znacznie lepszą opcją ...
Jeden odpowiedź:
#1
+23
LordStryker
2012-04-26 01:48:39 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Wygląda na to, że NickT szukał eksperymentalnego rozwiązania. Mój post dotyczy jednak rozwiązania obliczeniowego.

Jak mógłbym określić ilościowo, jak ważna jest interakcja?

Określenie energii interakcji między dwoma zdefiniowanymi monomerami taki jak aromatyczny triazol i amid, jest raczej prostym procesem. Proces ten nazywany jest podejściem supramolekularnym. Wskażę Ci artykuł analizujący dimer benzenu. Ta metoda jest ściśle obliczeniowa, więc potrzebna jest trochę wiedzy z zakresu chemii obliczeniowej.

Podejście supramolekularne

Co

Podejście supramolekularne sprowadza się do tego.

$$ E _ {\ mathrm {int}} = E _ {\ mathrm {dimer }} - (E _ {\ mathrm {mon1}} + E _ {\ mathrm {mon2}}) $$

Tutaj mamy trochę energii interakcji ( $ E _ {\ mathrm {int}} $ ) określone na podstawie różnicy energii dimeru ( $ E _ {\ mathrm {dimer}} $ ) i suma dwóch monomerów ( $ E _ {\ mathrm {monomer}} $ ). Gdyby oba monomery były równoważne (powiedzmy, interesowała Cię energia interakcji dimeru benzenu, gdzie każdy monomer był pierścieniem benzenowym), możesz uprościć sumowanie do dwukrotności energii jednego monomeru ( $ 2 \ times E _ {\ mathrm {mon}} $ ). W twoim konkretnym przypadku masz dwa różne monomery.

Cały pomysł polega na tym, że jeśli mam dwie oddziałujące cząsteczki, mogę również określić energię każdej cząsteczki indywidualnie (tak jakby były one rozdzielone w nieskończonej odległości) jako ich kompleks. Kiedy więc zbliżasz te cząsteczki coraz bliżej siebie, energia zaczyna spadać (energia interakcji).

Jak

UWAGA: Twoja geometria pochodzi ze struktury kryształu. NIE modyfikuj tej geometrii. Będziesz chciał, aby wszystko było dokładnie takie, jakie jest. Oznacza to, że nie chcesz optymalizować swojego systemu. Nie chcesz patrzeć na położenie monomeru. Weź wszystko ze swojej znanej struktury i uważaj, aby jej nie zmienić, w przeciwnym razie może to zrujnować ten proces. Modyfikujemy strukturę, obcinając i zamykając, ale parametry międzycząsteczkowe muszą pozostać takie same dla tego, co próbujesz modelować. Będziesz chciał zoptymalizować znaczenie limitu, przeprowadzić optymalizację dla monomeru z zamknięciem, ale zamrozić wszystko oprócz tego, czego używasz do ograniczenia.

  1. Zdefiniuj swoje monomery. Będziesz musiał określić, która część twojego systemu „dimeru” jest ważna dla opisania tej słabej interakcji. Zalecam zachowanie aromatycznego pierścienia i obcinanie pierścienia czymś podobnym do tego, co jest obcinane. Możesz na przykład przykryć swój monomer wodorem lub grupą metylową. Jeśli wycięty kawałek jest wysoce spolaryzowany, zakryj czymś o podobnych właściwościach. Jeśli twój obcięty kawałek jest neutralny, zamknij coś, co jest neutralne. Masz pomysł.
  2. Zdefiniuj swój dimer. Twój dimer to po prostu kombinacja dwóch zdefiniowanych monomerów.
  3. Określ metodę, którą chcesz zaimplementować. Do tego sprawdzi się oparta na funkcjach falowych lub teoria funkcjonału gęstości (DFT). Ta pierwsza będzie zbyt droga.
  4. Zdefiniuj swój zestaw podstawowy. W przypadku układów aromatycznych najlepszym rozwiązaniem byłoby użycie rodziny zestawów bazowych zgodnych z korelacją Dunninga-Hunzagi. Zalecam używanie aug-cc-pVTZ dla dobrych wyników. Cokolwiek zdecydujesz, upewnij się, że Twój zestaw podstawowy zawiera funkcje polaryzacyjne i rozproszone. Sugerowany zestaw baz robi to (powiększone oznacza rozproszone na wszystkich atomach, podczas gdy pVTZ oznacza „potrójne zeta walencyjne spolaryzowane”).
  5. Określ energie swoich monomerów i dimeru. Będziesz chciał przeprowadzić jednopunktowe obliczenia energii dla swoich monomerów i dimeru. Najpierw zoptymalizuj monomery, ale zamroź wszystkie atomy z wyjątkiem tych, które dodałeś, aby zamknąć monomer.
  6. Określ energię interakcji. Podłącz swoje energie do powyższego równania i określ energię interakcji. Konwertuj na dowolne jednostki, których chcesz używać (wolę kJ / mol, ale większość ludzi używa kcal / mol, więc możesz chcieć użyć tego).

Mam nadzieję, że to pomoże. Wygląda co najmniej na interesujący projekt.

Krótka uwaga na temat zestawu podstaw walencyjnych:

Zwykle elektrony rdzenia nie uczestniczą w żadnym coś w rodzaju interesującej chemii (mają one tak dużo niższą energię niż elektrony walencyjne, że nie odgrywają roli w takich rzeczach, jak wiązania chemiczne). Kiedy wykonujesz te obliczenia energii, będziesz przywoływał przybliżenie zamrożonego rdzenia (domyślnie w wielu pakietach oprogramowania kwantowego, ale najpierw sprawdź dokumentację). Zestaw podstawowy pVTZ rozszerza funkcje bazowe do jakości potrójnej zeta tylko dla elektronów walencyjnych. Elektronom jądra przypisano funkcje typu s i to wszystko. Jeśli kiedykolwiek znajdziesz się w sytuacji, w której elektrony rdzenia są ważne dla twojego systemu, który Cię interesuje, chciałbyś użyć zbiorów bazowych pCVXZ (gdzie X = D, T, Q itd.), Co oznacza spolaryzowaną walencyjność rdzenia X zeta. Tutaj elektronom rdzenia podano pełny zestaw podstawowych funkcji jakości X-zeta. Oznacza to jednak, że właśnie spowodowałeś, że obliczenia są znacznie droższe. Zwykle używane jest przybliżenie zamrożonego rdzenia.

wyjaśnienie jest bardzo motywujące. Ale dostałem podstawowe zapytanie. A co, jeśli użyję tutaj tylko aromatycznej geometrii i skrócę wszystko inne, mam na myśli, dlaczego muszę się zakryć? Biorąc pod uwagę, że jest to łańcuch aminokwasowy, polaryzowalność nie będzie w tym przypadku tak wysoka.
Nie można modelować * całej * struktury krystalicznej, białka itp. Za pomocą metody, która może rozsądnie określić ilościowo interakcje $ \ pi $ - $ \ pi $ z akceptowalną dokładnością, ponieważ byłoby to niemożliwe obliczeniowo. Musiałbyś gdzieś zablokować swój system.
Jeśli mam strukturę (łańcuch) wygląda jak, powiedzmy, H3C-CH2-N-H ... O-C-CH (CH3) -CH3. A jeśli chcę uzyskać energię między N-H ... O-C. Czy w takim razie rozsądne jest używanie tylko tej części (tj. N-H ... O-C) o ścisłej geometrii, którą mam?
Czy Twój system składa się z całej struktury krystalicznej czy białka? Nie, nie, chociaż biorąc pod uwagę lokalizację twojego komentarza, łatwo było mi to założyć. Twój system jest na tyle mały, że nie musiałbyś niczego ograniczać i radziłbym scharakteryzować całość.
Właściwie mam do czynienia z pełnym łańcuchem aminokwasowym ze struktury krystalicznej białka. Dlatego pytam, czy jeśli skrócę całość z wyjątkiem konkretnej sekcji, którą zamierzam znaleźć, tj.N-H ... O-C, to czy to dobrze się sprawdzi? (przykład, który tam umieściłem, był tylko analogią)


To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...