Динамическая модель взаимодействия аминокислотных остатков с границей раздела фаз

Динамическая модель Динамическая модель взаимодействия взаимодействия

аминокислотных остатков с аминокислотных остатков с границей раздела фазграницей раздела фаз

МГУ им. М.В. ЛомоносоваМГУ им. М.В. ЛомоносоваФизический ФакультетФизический Факультет

кафедра физики полимеров и кафедра физики полимеров и кристалловкристаллов

студент 4 курсастудент 4 курсаШайтан АлексейШайтан Алексей

Научные Научные руководители руководители

Хохлов А.Р., Иванов Хохлов А.Р., Иванов В.А.В.А.

Постановка задачиПостановка задачи

[1] [1] Ivan M. Okhapkin, Elena E. Ivan M. Okhapkin, Elena E. Makhaeva, Alexei R. Khokhlov Makhaeva, Alexei R. Khokhlov in in presspress

Свободная энергияСвободная энергия

h

hw

cccfx

0ln

)(ln RT = G 00

0

0

c

c

[1] [1] Ivan M. Okhapkin, Elena E. Ivan M. Okhapkin, Elena E. Makhaeva, Alexei R. Khokhlov Makhaeva, Alexei R. Khokhlov in in presspress

Постановка задачиПостановка задачи Методами молекулярной динамики Методами молекулярной динамики

рассмотреть раздел фаз между рассмотреть раздел фаз между водой и гексаном в присутствии водой и гексаном в присутствии различных аминокислотразличных аминокислот

Применение МД Идея 1Применение МД Идея 1

( , )1

1( ) ( ( ,..., ) ) N N H

NP q d d e q qQ

p rp r r r

[8] Mark Tuckerman[8] Mark Tuckerman, , Marie Curie Tutorial Series:Marie Curie Tutorial Series: Modeling Biomolecules, Modeling Biomolecules, 20042004

( ) ln ( )F q kT P q

The Free Energy Profile

Применение МД Идея 2Применение МД Идея 2

[12] S. Sinha, Dissertation, University of California 2004[13] J.G.Kirkwood, F.P.Bu . The statistical mechanical theory of surface ff

tension. JCP,17(3):338–343,1949.[14]J.L.RIVERA,C.McCABE,P.T.CUMMINGS Phys Rev E 67,011603(2003)

[13][13]

[14][14]

Water–n-hexaneWater–n-hexane g= g=50.9150.91((2.522.52) mN/m) mN/m

Experiment g=51.3 mN/mExperiment g=51.3 mN/m

ZZ

МД расчёт: Граница с МД расчёт: Граница с вакуумом.вакуумом.

Численные значения параметров для модели TIP3P :

СвязьK,Ккал/моль/А2 L0,А

H-O 553 0,9572

H-H 553 1,5136

Угол K,Ккал/моль/град2

0, град

H-O-H 100 104,52

Заряд Зарядов электрона

H 0,42

O -0,84

ВдВ , А , Ккал/моль

O 3,15061 0,152

Параметры расчёта:Программный комплекс PUMA (Разработка: ИМПБ РАН г. Пущино)Силовое поле AMBER 99Модель воды TIP3P с расторможенными внутренними степенями свободы.Система рассчитывалась при NVT – условии.Использовался столкновительный термостатПериодические граничные условияШаг интегрирования 1 фсРассматривались траектории длиной от 150 до 650 пс

Число частиц в системе 7600

атомов

20 )(* LLKU

20 )(* KU

МД расчёт: Граница с МД расчёт: Граница с вакуумом.вакуумом.

АминокислотыАминокислоты

[6] [6] Ленинджер А. Основы биохимии, М. Мир, 1985.Ленинджер А. Основы биохимии, М. Мир, 1985.[7] [7] О.И. Киселёва, курс лекций «Основы живых систем».О.И. Киселёва, курс лекций «Основы живых систем».[8] Molecular Biology of the Cell, B. Alberts, D. Bray et al. 1989[8] Molecular Biology of the Cell, B. Alberts, D. Bray et al. 1989 Garland Garland Publishing Inc.Publishing Inc.

АминокислотыАминокислоты

[6] [6] Ленинджер А. Основы биохимии, М. Мир, 1985.Ленинджер А. Основы биохимии, М. Мир, 1985.[7] Molecular Biology of the Cell, B. Alberts, D. Bray et al. 1989[7] Molecular Biology of the Cell, B. Alberts, D. Bray et al. 1989 Garland Garland Publishing Inc.Publishing Inc.

ФенилаланинФенилаланин

ЛейцинЛейцин ((LEULEU))

АминокислотыАминокислоты

[6] [6] Ленинджер А. Основы биохимии, М. Мир, 1985.Ленинджер А. Основы биохимии, М. Мир, 1985.[7] Molecular Biology of the Cell, B. Alberts, D. Bray et al. 1989[7] Molecular Biology of the Cell, B. Alberts, D. Bray et al. 1989 Garland Garland Publishing Inc.Publishing Inc.

ЛизинЛизин ((LYSLYS))

АминокислотыАминокислоты

[6] [6] Ленинджер А. Основы биохимии, М. Мир, 1985.Ленинджер А. Основы биохимии, М. Мир, 1985.[7] Molecular Biology of the Cell, B. Alberts, D. Bray et al. 1989[7] Molecular Biology of the Cell, B. Alberts, D. Bray et al. 1989 Garland Garland Publishing Inc.Publishing Inc.

ГлицинГлицин ((GLYGLY))

Анализ динамики аминокислотных Анализ динамики аминокислотных остатковостатков, , на границе с вакуумом.на границе с вакуумом.Гидрофобные и слабогидрофильные АКО (LEU, PHE, MET, VAL, TRP, ALA) преимущественно находятся вблизи интерфейса в водном окружении.При этом радикал преимущественно сориентирован в сторону гидрофобной среды.

GLN, ARG, LYS уходят от интерфейса в водную фазу.

[6][6]ПоПо даннымданным Stephen White Laboratory at UC Irvine.at UC Irvine.

МД расчёт двухфазной МД расчёт двухфазной системысистемы

14

71

47 м

ол

екул

м

ол

екул

ге

кса

на

гекса

на

1070 1070 HH22OO

Устойчивость раздела фазУстойчивость раздела фаз

Диаметр воды 3,5 Диаметр воды 3,5 АА

Через 1 нс (10Через 1 нс (10^6 ^6 шагов)шагов)

Профили плотностиПрофили плотности

Динамика Динамика PHEPHE

ВыводыВыводы

Изучена возможность применения Изучена возможность применения методов МД для определения методов МД для определения свободных энергий адсорбции и свободных энергий адсорбции и разделенияразделения

Построены профили свободной энергии Построены профили свободной энергии АКО на границе вода вакуумАКО на границе вода вакуум

Изучена ориентационная динамика АКО Изучена ориентационная динамика АКО вблизи раздела фазвблизи раздела фаз

Произведено моделирование раздела Произведено моделирование раздела фаз вода - гексан.фаз вода - гексан.

Изучена динамика Изучена динамика PHE PHE на разделе фаз.на разделе фаз.

Спасибо за внимание!Спасибо за внимание!