Маълумот

Г. Динамикаи молекулавй — биология


Ин бахш бевосита аз дарси NIH меояд:

"Ба маънои васеъ, MD ба ҳаракати молекулавӣ дахл дорад. Ҳаракат ба ҳама равандҳои кимиёвӣ хос аст. Вибрацияҳои оддӣ, ба монанди дароз кардани пайвандҳо ва каҷ кардани кунҷҳо, спектрҳои IR-ро ба вуҷуд меоранд. Реаксияҳои кимиёвӣ, пайвастани гормонҳои ретсепторҳо ва дигар равандҳои мураккаб. бо бисёр намудҳои ҳаракатҳои дохилимолекулавӣ алоқаманданд.

Қувваи ҳаракатдиҳандаи равандҳои химиявиро термодинамика тавсиф мекунад. Механизми ба амал омадани равандҳои химиявиро кинетика тавсиф мекунад. Термодинамика муносибатҳои энергетикиро байни ҳолатҳои гуногуни кимиёвӣ дикта мекунад, дар ҳоле ки пайдарпаӣ ё суръати ҳодисаҳое, ки ҳангоми табдил ёфтани молекулаҳо дар байни ҳолатҳои гуногуни эҳтимолии онҳо рух медиҳанд, кинетика тавсиф карда мешавад.

Гузаришҳои конформатсионӣ ва ларзишҳои маҳаллӣ мавзӯъҳои муқаррарии омӯзиши динамикаи молекулавӣ мебошанд. MD дараҷаҳои байнимолекулярии озодиро ба таври зина ба зина тағир медиҳад, ба монанди кам кардани энергия. Қадамҳои инфиродӣ дар кам кардани энергия танҳо ба муқаррар кардани самти поён ба ҳадди ақал нигаронида шудаанд. Қадамҳо дар MD, аз тарафи дигар, тағиротро дар мавқеи атом, ri бо мурури замон (яъне суръат) ифода мекунанд.

Муодилаи Нютон (Fi = mi ai) дар формализми MD барои тақлид кардани ҳаракати атом истифода мешавад. Суръат ва самти ҳаракат (суръат) аз ҷониби қувваҳое танзим карда мешаванд, ки атомҳои система ба ҳамдигар, тавре ки дар муодилаи Нютон тавсиф шудаанд, таъсир мерасонанд. Дар амал, ба атомҳо суръатҳои ибтидоӣ таъин карда мешаванд, ки ба энергияи умумии кинетикии система мувофиқат мекунанд, ки дар навбати худ бо ҳарорати дилхоҳи моделиронӣ дикта мекунанд. Ин тавассути оҳиста гарм кардани система (аввал дар сифр мутлақ) ва сипас имкон медиҳад, ки энергия дар байни атомҳои таркиб мувозинат кунад. Компонентҳои асосии MD ин ҳисобкунии қувва ба ҳар як атом мебошанд ва ин маълумот, мавқеи ҳар як атомро дар тӯли як муддати муайяни вақт ташкил медиҳанд (одатан бо тартиби пикосонияҳо = 10-12 сония).

Қувваи атомро аз рӯи тағирёбии энергия байни мавқеи кунунии он ва мавқеи он дар масофаи каме ҳисоб кардан мумкин аст. Инро метавон ҳамчун ҳосилаи энергия нисбат ба тағирёбии мавқеи атом эътироф кард: -dE/dri = Fi

Энергияҳоро метавон бо истифода аз усулҳои MM ё механикаи квантӣ ҳисоб кард. Энергияҳои MM бо барномаҳое маҳдуданд, ки тағироти ҷиддиро дар сохтори электронӣ дар бар намегиранд, аз қабили сохтани вомбаргҳо/шикастани. Энергияҳои механикии квантиро барои омӯзиши равандҳои динамикӣ, ки тағироти химиявӣ доранд, истифода бурдан мумкин аст. Техникаи охирин хеле нав аст ва дастрасии маҳдуд дорад.

Пас аз он дониш дар бораи қувваҳо ва массаҳои атомӣ метавонад барои ҳалли мавқеи ҳар як атом дар тӯли як қатор қадамҳои хеле хурди вақт (бо тартиби фемтосекундҳо) истифода шавад. Силсилаи аксҳои дар натиҷаи тағирёбии сохторӣ бо мурури замон траектория номида мешавад. Истифодаи ин усулро барои ҳисоб кардани траекторияҳо ҳангоми дар шакли зерин ифода кардани муодилаи Нютон осонтар дидан мумкин аст.

-dE/drман = ммана = мд2рман/дт2

Дар амал траекторияҳо аз муодилаи Нютон аз сабаби набудани ҳалли аналитикӣ мустақиман гирифта намешаванд. Аввал суръатҳои атомӣ аз рӯи қувваҳо ва массаҳо ҳисоб карда мешаванд. Минбаъд суръатҳо аз рӯи суръатҳо дар асоси муносибати зерин ҳисоб карда мешаванд:
ai = dvi/dt. Ниҳоят, мавқеъҳо аз рӯи суръатҳо ҳисоб карда мешаванд: vi = drман/дт. Траекторияи байни ду ҳолатро метавон ба як қатор зердавлатҳо тақсим кард, ки бо қадами хурди вақт ҷудо карда шудаанд, дельта t (масалан, 1 fs).

Мавқеъҳои ибтидоии атомӣ дар вақти t барои пешгӯии мавқеъҳои атомӣ дар вақти t = дельта t истифода мешаванд. Мавқеъҳо дар t = delta t барои пешгӯии мавқеъҳо дар t = 2delta t ва ғайра истифода мешаванд.

Усули ҷаҳиш як усули маъмули ададӣ барои ҳисоб кардани траекторияҳо дар асоси муодилаи Нютон мебошад. Ин усул номи худро аз он бармеояд, ки маълумот оид ба суръат ва мавқеъ пай дар пай дар фосилаи ½ қадами вақт иваз мешаванд.

MD нуқтаи муайяни қатъкунӣ надорад, ба ғайр аз миқдори вақте, ки амалан фаро гирифта мешавад. Мутаассифона, тартиби кунунии маҳдудияти бузургии ps аксар вақт кофӣ нест, ки аз бисёр намудҳои ҳолат ба тағирёбии ҳолат, ба монанди гузаришҳои калони конформатсионӣ дар сафедаҳо риоя карда шавад."

Филми фаврӣ дар бораи моделсозии динамикаи молекулавии 86 молекулаи об, ки барои 1,6 ps кор мекунад, бо истифода аз Quanta/Charmm сохта шудааст!

QuickTime: Ҳаракати PhiPsi

Симулятсияҳои MD метавонанд барои ба даст овардани арзишҳои назариявии арзишҳои ΔG ва Keq барои тағирёбии конформатсия, пайвастшавии лигандҳои хурд ва тағирёбии ҳолати протонатсия барои занҷирҳои паҳлӯ истифода шаванд. Ин раванд ба он ақида асос ёфтааст, ки мувофиқатҳое, ки дар симулятсияҳои silico MD интихоб шудаанд, чизҳои дар vitro пайдошударо инъикос мекунанд (яъне онҳо як қисми конформатсияҳои аз ҷиҳати термодинамикӣ интизоршуда ва дастрас барои молекулаҳо ҳангоми гузаришҳои муқаррарии конформатсияи он мебошанд). Инро гипотезаи эргодикӣ меноманд. Бо дарназардошти фосилаҳои кӯтоҳ барои моделиронии MD (бо қудрати компютер маҳдуд аст), ин гипотеза наметавонад ба натиҷаҳои динамикӣ татбиқ карда шавад, агар конформатсияҳои намунавӣ аз ҷиҳати энергия наздик набошанд, бидуни монеаи бузурги энергетикии фаъолсозӣ байни онҳо. Агар ин тавр бошад, пас муодилаи зерин метавонад татбиқ карда шавад:

ΔG0 = -RTlnKбаробарӣ

ΔG0 = -RTlnP21 = -RTlnf21 дар куҷо

Pn эҳтимолияти будан дар ҳолати додашуда ва fn каср дар ҳолати додашуда мебошад.

Шумо қайд мекунед, ки ҳеҷ яке аз функсияҳои эҳтимолии энергетикӣ параметрҳои механикии квантиро истифода намебаранд. Ин қисман ба мураккабии системаҳои омӯхташуда вобаста аст. Ин тағиротро оғоз мекунад, зеро саъю кӯшиши бештар барои фаҳмидани ҷанбаҳои механикии квантии системаҳои мураккаби пайвастшуда сарф карда мешавад. Пешрафтҳои нав дар системаҳои оддӣ метавонанд ин нуктаро нишон диҳанд. Масалан, этанро гирем. Таҳлили конформатсияи ин молекулаи оддӣ дар ҳама китобҳои химияи органикӣ баррасӣ карда мешавад. Қитъаҳои энергия ва кунҷи дуэдралӣ (нигоҳ кардани молекула дар поёни пайванди CC ва чен кардани кунҷи байни пайвандҳои C-H дар атомҳои ҳамшафати С) ҳар 120 чархзанӣ мекунанд.о. E дар ҳадди максимум аст, вақте ки кунҷи диэдрӣ 0, 120, 240 ва 360 асто, ҳар як конформатсияи гирифташударо ифода мекунад. Он ба ҳадди ақалл дар конформатсияҳои марҳилавӣ (gauche) дар 60, 180 ва 270 мерасад.о. Чаро шакли гирифташуда аз ҷиҳати энергия нисбат ба шакли зичшуда баландтар аст. Ҳама китобҳои органикӣ мегӯянд, ки дар шаклҳои гирифташуда бозтоби бештари стерикӣ (абрҳои электронӣ) вуҷуд дорад, ки энергияи онҳоро дар муқоиса бо шаклҳои печида баланд мекунад? Бо вуҷуди ин, Попристик нишон медиҳад, ки ин нодуруст аст. Барои ҷавоби дуруст шумо бояд ба механикаи квантӣ ва падидаҳои гиперконъюгасия муроҷиат кунед. Конформатсияи марҳилавӣ аз ҷиҳати энергетикӣ на аз он сабаб, ки он аз ҷиҳати стерӣ камтар маҳдуд аст, балки азбаски он шакли пасттари энергия аст, аз сабаби резонанс ба монанди мӯътадилшавии орбиталҳои молекулавии σ CH. Фазаҳои дурусти σ CH ва s* CH орбиталҳои молекулавӣ дар Cs-и ҳамсоя ҳангоми конформатсияи марҳилавӣ нисбат ба шакли гирифташуда зиёдтаранд.


Видеоро тамошо кунед: SHPT Ôn Tập Sinh Học Phân Tử Phần 1 (Январ 2022).