Page 81 - Perdih, Andrej, Katja Lakota, Alja Prah. 2020. Strukture bioloških molekul. Univerzitetni učbenik z recenzijo in navodila za vaje. Koper: Založba Univerze na Primorskem.
P. 81
strukture bioloških molekul
Pri molekulah pogosto ovrednotimo nekaj osnovih geometrijskih parametrov, ki definirajo
konformacijo molekule. Konformacija molekule je definirana s prostorsko (3D) razporeditvijo
atomov, ki sestavljajo molekulo. Shematsko si te parametre lahko ogledamo na primeru
molekule serotonina na Sliki 4.
V molekuli merimo tako vezne kot nevezne razdalje in te navadno navajamo v Å (1 Å = 10-10
m). Na Sliki 4 je tako označena kovalentna C-O vez, ki je dolga 1.36 Å. Prav tako nas zanimajo
tudi vrednosti kotov med tremi zaporedno vezanimi atomi, ki jih imenujemo valenčni koti. Na
primer vrednost valenčnega kota treh označenih atomov ogljika v molekuli serotonina je 118°.
Zadnji pomemben geometrijski parameter je torzijski kot molekule. Torzijski kot fi med
zaporednimi atomi ijkl definira kot, ki ga oklepata ravnini, ki potekata skozi atome ijk in jkl (Slika
5). Na sliki je tako definiran torzijski kot med aminskim dušikovim atomom in ogljikovim
atomom indolnega skeleta, ki meri 80°
Poudarimo, da so vrednosti prvih dveh geomerijskih parametrov za dano molekulo praviloma
bolj ali manj fiksne in se ne pri različnih konformacijah spreminjajo veliko oz. je za spremembo
le-teh potreben velik vložek energije. Tako so spremembe valenčnih kotov stran od ravnotežnih
vrednosti, ki jih definira njihova hibridizacija, povezane s steričnimi napetostmi v molekuli.
Spremembe torzijskih kotov pa so pri sobni temperaturi enostavnejše. Če okrog osi rotacije
niso prisotni preveliki substituenti in če je le-ta sp3 hibridizirana (npr. C-C vez), prav obseg
njihovih dostopnih vrednosti definira konformacijski prostor molekule. Več o tem, kako
analiziramo konformacije molekule prek analize torzijskih kotov, bomo izvedeli v nadaljevanju.
Slika 4. (Levo) Pomembni geometrijski parametri na primeru molekule serotonina. (Desno)
Definicija torzijskega kota med zaporednimi atomi ijkl.
2. PRILEGANJE KONFORMACIJ MOLEKUL
V molekulskem modeliranju pogosto primerjamo med seboj različne konformacije organskih
molekul ter bioloških makromolekul ali pa konformacije delov dveh različnih molekul, ki imajo
podobno ali enako funkcijo. Za kvantitativno oceno ujemanja uporabljamo parameter RMSD
(ang. root-mean square distance), ki se poleg uporabe v molekulskem modeliranju pojavlja še
na drugih področjih (statistiki, računalništvu, ekonomiji itd). RMSD omogoča določitev
standardne deviacije primerjanih atomov v molekularnih strukturah. Matematično ga
definiramo kot:
81
Pri molekulah pogosto ovrednotimo nekaj osnovih geometrijskih parametrov, ki definirajo
konformacijo molekule. Konformacija molekule je definirana s prostorsko (3D) razporeditvijo
atomov, ki sestavljajo molekulo. Shematsko si te parametre lahko ogledamo na primeru
molekule serotonina na Sliki 4.
V molekuli merimo tako vezne kot nevezne razdalje in te navadno navajamo v Å (1 Å = 10-10
m). Na Sliki 4 je tako označena kovalentna C-O vez, ki je dolga 1.36 Å. Prav tako nas zanimajo
tudi vrednosti kotov med tremi zaporedno vezanimi atomi, ki jih imenujemo valenčni koti. Na
primer vrednost valenčnega kota treh označenih atomov ogljika v molekuli serotonina je 118°.
Zadnji pomemben geometrijski parameter je torzijski kot molekule. Torzijski kot fi med
zaporednimi atomi ijkl definira kot, ki ga oklepata ravnini, ki potekata skozi atome ijk in jkl (Slika
5). Na sliki je tako definiran torzijski kot med aminskim dušikovim atomom in ogljikovim
atomom indolnega skeleta, ki meri 80°
Poudarimo, da so vrednosti prvih dveh geomerijskih parametrov za dano molekulo praviloma
bolj ali manj fiksne in se ne pri različnih konformacijah spreminjajo veliko oz. je za spremembo
le-teh potreben velik vložek energije. Tako so spremembe valenčnih kotov stran od ravnotežnih
vrednosti, ki jih definira njihova hibridizacija, povezane s steričnimi napetostmi v molekuli.
Spremembe torzijskih kotov pa so pri sobni temperaturi enostavnejše. Če okrog osi rotacije
niso prisotni preveliki substituenti in če je le-ta sp3 hibridizirana (npr. C-C vez), prav obseg
njihovih dostopnih vrednosti definira konformacijski prostor molekule. Več o tem, kako
analiziramo konformacije molekule prek analize torzijskih kotov, bomo izvedeli v nadaljevanju.
Slika 4. (Levo) Pomembni geometrijski parametri na primeru molekule serotonina. (Desno)
Definicija torzijskega kota med zaporednimi atomi ijkl.
2. PRILEGANJE KONFORMACIJ MOLEKUL
V molekulskem modeliranju pogosto primerjamo med seboj različne konformacije organskih
molekul ter bioloških makromolekul ali pa konformacije delov dveh različnih molekul, ki imajo
podobno ali enako funkcijo. Za kvantitativno oceno ujemanja uporabljamo parameter RMSD
(ang. root-mean square distance), ki se poleg uporabe v molekulskem modeliranju pojavlja še
na drugih področjih (statistiki, računalništvu, ekonomiji itd). RMSD omogoča določitev
standardne deviacije primerjanih atomov v molekularnih strukturah. Matematično ga
definiramo kot:
81
