Page 87 - Perdih, Andrej, Katja Lakota, Alja Prah. 2020. Strukture bioloških molekul. Univerzitetni učbenik z recenzijo in navodila za vaje. Koper: Založba Univerze na Primorskem.
P. 87
strukture bioloških molekul
sil atomov, ki sestavljajo ogrodne atome vsake aminokisline. Ko si boste ogledali preglednico,
premislite tudi, za katere geometrijske spremembe amidne vezi je potreben večji energijski
vložek.
Preglednica 2. Vrednosti parametrov empirične potencialne funkcije (ravnotežne konstante,
ravnotežne razdalje), ki ga uporabljamo pri računski obravnavi atomov, ki sestavljajo glavno
proteinsko verigo.
Parametri člena MM, ki opisuje deformacije valenčne kvezi li,0
vezi [kcal/mol Å2] [Å]
1.229
karbonilni kisik (O) - karbonilni ogljik (CO) 570.0 1.522
karbonilni ogljik (CO) - alfa ogljik (CA) 317.0 1.449
alfa ogljik (CA) - amidni dušik (N) 337.0
kkota qi,o [°]
Parametri člena MM, ki opisuje deformacije valenčnega [kcal/mol Å2]
kota 120.40
80.0 110.10
karbonilni kisik (O) - karbonilni ogljik (CO) - alfa ogljik (CA) 63.0
karbonilni ogljik (CO) - alfa ogljik (CA) - amidni dušik (N)
Kot zanimivost omenimo, da poleg opisanih parametrov in energijskih členov, ki so del
praktično vseh empiričnih potencialnih funkcij, so v nekaterih poljih sil vgrajeni še dodatni členi,
ki omogočajo natančnejše opisovanje atomske strukture. Tako osnovnim členom MM dodajo
energijski člen, ki skrbi za preprečevanje nepravilnih torzij (ang. improper torsions), npr. za lažje
ohranjanje planarnosti aromatičnih elementov v molekuli. Sklopljeni členi (ang. cross terms) pa
sočasno obravnavajo več gibanj v molekuli, kot je na primer sprememba valenčnega kota in
ene od kovalentnih vezi tega kota skupaj.
Izračunana potencialna energija molekule ima lahko celokupen pozitiven ali negativen
predznak, saj v empirični potencialni funkciji MM nastopajo členi obeh predznakov. Člena za
deformacijo vezi in valenčnega kota, prikazana na Sliki 6, sta lahko pozitivna, v idealnem
primeru pa 0, ko je vrednost parametra enaka ravnotežni vrednosti. Vrednost torzijskega
potenciala je navadno pozitivna. Pri členih na Sliki 7, ki opisujejo prispevek neveznih interakcij,
pa celokupna vsota tako privlačnih kot odbojnih prispevkov med atomi določi končni predznak
energije molelul .
Vrednosti potencialne energije, pridobljene z molekulsko mehaniko, lahko direktno
primerjamo le med konformacijami iste molekule. Velja pravilo, da nižja vrednost dobljene
potencialne energije sovpada z energijsko ugodnejšo konformacijo. Pri primerjavi izračunanih
energij med različnimi molekulami je potrebno biti previdnejši, saj izračunane vrednosti niso
direktno primerljive in iz razlike med njimi še ne moremo takoj sklepati o stabilnosti struktur.
V teh primerih analiziramo tudi vrednosti energije posameznih členov potencialne funkcije.
Poudariti moramo tudi, da dobljene energije MM ne predstavljajo termodinamskih količin, kot
87
sil atomov, ki sestavljajo ogrodne atome vsake aminokisline. Ko si boste ogledali preglednico,
premislite tudi, za katere geometrijske spremembe amidne vezi je potreben večji energijski
vložek.
Preglednica 2. Vrednosti parametrov empirične potencialne funkcije (ravnotežne konstante,
ravnotežne razdalje), ki ga uporabljamo pri računski obravnavi atomov, ki sestavljajo glavno
proteinsko verigo.
Parametri člena MM, ki opisuje deformacije valenčne kvezi li,0
vezi [kcal/mol Å2] [Å]
1.229
karbonilni kisik (O) - karbonilni ogljik (CO) 570.0 1.522
karbonilni ogljik (CO) - alfa ogljik (CA) 317.0 1.449
alfa ogljik (CA) - amidni dušik (N) 337.0
kkota qi,o [°]
Parametri člena MM, ki opisuje deformacije valenčnega [kcal/mol Å2]
kota 120.40
80.0 110.10
karbonilni kisik (O) - karbonilni ogljik (CO) - alfa ogljik (CA) 63.0
karbonilni ogljik (CO) - alfa ogljik (CA) - amidni dušik (N)
Kot zanimivost omenimo, da poleg opisanih parametrov in energijskih členov, ki so del
praktično vseh empiričnih potencialnih funkcij, so v nekaterih poljih sil vgrajeni še dodatni členi,
ki omogočajo natančnejše opisovanje atomske strukture. Tako osnovnim členom MM dodajo
energijski člen, ki skrbi za preprečevanje nepravilnih torzij (ang. improper torsions), npr. za lažje
ohranjanje planarnosti aromatičnih elementov v molekuli. Sklopljeni členi (ang. cross terms) pa
sočasno obravnavajo več gibanj v molekuli, kot je na primer sprememba valenčnega kota in
ene od kovalentnih vezi tega kota skupaj.
Izračunana potencialna energija molekule ima lahko celokupen pozitiven ali negativen
predznak, saj v empirični potencialni funkciji MM nastopajo členi obeh predznakov. Člena za
deformacijo vezi in valenčnega kota, prikazana na Sliki 6, sta lahko pozitivna, v idealnem
primeru pa 0, ko je vrednost parametra enaka ravnotežni vrednosti. Vrednost torzijskega
potenciala je navadno pozitivna. Pri členih na Sliki 7, ki opisujejo prispevek neveznih interakcij,
pa celokupna vsota tako privlačnih kot odbojnih prispevkov med atomi določi končni predznak
energije molelul .
Vrednosti potencialne energije, pridobljene z molekulsko mehaniko, lahko direktno
primerjamo le med konformacijami iste molekule. Velja pravilo, da nižja vrednost dobljene
potencialne energije sovpada z energijsko ugodnejšo konformacijo. Pri primerjavi izračunanih
energij med različnimi molekulami je potrebno biti previdnejši, saj izračunane vrednosti niso
direktno primerljive in iz razlike med njimi še ne moremo takoj sklepati o stabilnosti struktur.
V teh primerih analiziramo tudi vrednosti energije posameznih členov potencialne funkcije.
Poudariti moramo tudi, da dobljene energije MM ne predstavljajo termodinamskih količin, kot
87
