Page 94 - Perdih, Andrej, Katja Lakota, Alja Prah. 2020. Strukture bioloških molekul. Univerzitetni učbenik z recenzijo in navodila za vaje. Koper: Založba Univerze na Primorskem.
P. 94
andrej perdih, katja lakota, alja prah
V literaturi najdemo še mnoge integracijske algoritme, kot so Leap-frog algoritem, velocity
Verlet algoritem ter mnogi drugi. Z vsemi opisanimi algoritmi ohranimo celotno energijo
sistema konstantno. V primeru, da želimo izvajati simulacijo molekulske dinamike še pri
konstantni temperaturi, uporabimo ustrezen termostat oz. barostat v primeru konstantnega
tlaka (najpogosteje uporabljen je Berendsenov termostat oz. barostat).
Trajektorijo, pridobljeno z metodo molekulske dinamike za izbran (bio)molekularni sistem (npr.
protein ali nukleinsko kislino), nato analiziramo. Tako izvemo več o obnašanju sistema, ki ga
študiramo. Poglejmo si dva geometrijska parametra za analizo MD trajektorij, ki sta uporabna
za začetno evalvacijo simulacij bioloških markomolekul.
1. RMSD parameter
RMSD paramter smo spoznali že pri analizi statičnih konformacij molekul v drugem razdelku
tega poglavja in predstavlja standardno deviacijo atomskih razdalj med ekvivalentnimi atomi
glede na referenčno strukturo - ta je pogosto prva konformacija simuliranega atomskega
sistema v MD. Definiran je tako kot prej:
= &1 % !,# $
)
!,#&'
kjer je !,' = 9:! − ';" + :! − ';" + :! − ';" razdalja med atomoma i in j, s
koordinatami x, y, z in N število primerjanih razdalj.
Primer
Izračun RMSD parametra pri analizi molekulske dinamike ATPazne domene človeške
topoizomeraze IIα
Da bi bolje razumeli obnašanje proteina ATPazne domene človeške topoizomeraze IIα, smo
izvedli 100 ns dolgo simulacijo molekulske dinamike dostopnega dimera kristalne strukture te
domene v kompleksu z molekulo AMP-PNP. Glede na izhodiščno geomterijo je izračunana RMSD
vrednost znašala 3.39 ± 0.50 Å, kar nakazuje spremembo konformacije glede na začetno
strukturo. Časovni potek RMSD parametra, spet relativno glede na začetno kristalno strukturo,
kot tudi nekaj reprezentativnih konformacij si lahko ogledate na naslednji sliki.
Ko vizualiziramo rezultate, ugotovimo, da je začetna razdalja med izbranima atoma na zgornjih
zankah 28.69 Å. Po 100 ns simulacije se le-ta zmanjša na 23.42 Å. Po drugi strani se razdalja
med atomoma na spodnjih zankah z 18.70 Å poveča na 57.63 Å. Glede na funkcijo ATPazne
domene, ki veže eno izmed dveh DNA molekul, dobljen rezultat najverjetneje kaže, da s to
fleksibilnostjo ATPazna domena olajša vezavo DNA.
94
V literaturi najdemo še mnoge integracijske algoritme, kot so Leap-frog algoritem, velocity
Verlet algoritem ter mnogi drugi. Z vsemi opisanimi algoritmi ohranimo celotno energijo
sistema konstantno. V primeru, da želimo izvajati simulacijo molekulske dinamike še pri
konstantni temperaturi, uporabimo ustrezen termostat oz. barostat v primeru konstantnega
tlaka (najpogosteje uporabljen je Berendsenov termostat oz. barostat).
Trajektorijo, pridobljeno z metodo molekulske dinamike za izbran (bio)molekularni sistem (npr.
protein ali nukleinsko kislino), nato analiziramo. Tako izvemo več o obnašanju sistema, ki ga
študiramo. Poglejmo si dva geometrijska parametra za analizo MD trajektorij, ki sta uporabna
za začetno evalvacijo simulacij bioloških markomolekul.
1. RMSD parameter
RMSD paramter smo spoznali že pri analizi statičnih konformacij molekul v drugem razdelku
tega poglavja in predstavlja standardno deviacijo atomskih razdalj med ekvivalentnimi atomi
glede na referenčno strukturo - ta je pogosto prva konformacija simuliranega atomskega
sistema v MD. Definiran je tako kot prej:
= &1 % !,# $
)
!,#&'
kjer je !,' = 9:! − ';" + :! − ';" + :! − ';" razdalja med atomoma i in j, s
koordinatami x, y, z in N število primerjanih razdalj.
Primer
Izračun RMSD parametra pri analizi molekulske dinamike ATPazne domene človeške
topoizomeraze IIα
Da bi bolje razumeli obnašanje proteina ATPazne domene človeške topoizomeraze IIα, smo
izvedli 100 ns dolgo simulacijo molekulske dinamike dostopnega dimera kristalne strukture te
domene v kompleksu z molekulo AMP-PNP. Glede na izhodiščno geomterijo je izračunana RMSD
vrednost znašala 3.39 ± 0.50 Å, kar nakazuje spremembo konformacije glede na začetno
strukturo. Časovni potek RMSD parametra, spet relativno glede na začetno kristalno strukturo,
kot tudi nekaj reprezentativnih konformacij si lahko ogledate na naslednji sliki.
Ko vizualiziramo rezultate, ugotovimo, da je začetna razdalja med izbranima atoma na zgornjih
zankah 28.69 Å. Po 100 ns simulacije se le-ta zmanjša na 23.42 Å. Po drugi strani se razdalja
med atomoma na spodnjih zankah z 18.70 Å poveča na 57.63 Å. Glede na funkcijo ATPazne
domene, ki veže eno izmed dveh DNA molekul, dobljen rezultat najverjetneje kaže, da s to
fleksibilnostjo ATPazna domena olajša vezavo DNA.
94
