Динамическая модель взаимодействия аминокислотных остатков с границей раздела фаз МГУ им. М.В. Ломоносова Физический Факультет кафедра физики полимеров и кристаллов студент 4 курса Шайтан Алексей Научные руководители Хохлов А.Р., Иванов В.А.

Постановка задачи [1] Ivan M. Okhapkin, Elena E. Makhaeva, Alexei R. Khokhlov in press

Свободная энергия [1] Ivan M. Okhapkin, Elena E. Makhaeva, Alexei R. Khokhlov in press

Постановка задачи Методами молекулярной динамики рассмотреть раздел фаз между водой и гексаном в присутствии различных аминокислот Методами молекулярной динамики рассмотреть раздел фаз между водой и гексаном в присутствии различных аминокислот

Применение МД Идея 1 [8] Mark Tuckerman, Marie Curie Tutorial Series: Modeling Biomolecules, 2004 The Free Energy Profile

Применение МД Идея 2 [12] S. Sinha, Dissertation, University of California 2004 [13] J.G.Kirkwood, F.P.Bu ff. The statistical mechanical theory of surface tension. JCP,17(3):338–343,1949. [14]J.L.RIVERA,C.McCABE,P.T.CUMMINGS Phys Rev E 67,011603(2003) [13] [14] Water–n-hexane g=50.91(2.52) mN/m Experiment g=51.3 mN/m Z

МД расчёт: Граница с вакуумом. Численные значения параметров для модели TIP3P : Связь K,Ккал/моль/А 2 L 0,А H-O5530,9572 H-H5531,5136 УголK,Ккал/моль/гр ад 2  0, град H-O-H100104,52 ЗарядЗарядов электрона H0,42 O-0,84 ВдВ , А , Ккал/моль O3,150610,152 Параметры расчёта: Программный комплекс PUMA (Разработка: ИМПБ РАН г. Пущино) Силовое поле AMBER 99 Модель воды TIP3P с расторможенными внутренними степенями свободы. Система рассчитывалась при NVT – условии. Использовался столкновительный термостат Периодические граничные условия Шаг интегрирования 1 фс Рассматривались траектории длиной от 150 до 650 пс Число частиц в системе  7600 атомов

МД расчёт: Граница с вакуумом.

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

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

Фенилаланин

Лейцин (LEU)

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

Лизин (LYS)

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

Глицин (GLY)

Анализ динамики аминокислотных остатков, 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]По данным Stephen White Laboratory at UC Irvine. Stephen White Laboratory Stephen White Laboratory

МД расчёт двухфазной системы 147 молекул гексана 1070 H 2 O

Устойчивость раздела фаз Диаметр воды 3,5 А Через 1 нс (10^6 шагов)

Профили плотности

Динамика PHE

Выводы Изучена возможность применения методов МД для определения свободных энергий адсорбции и разделения Изучена возможность применения методов МД для определения свободных энергий адсорбции и разделения Построены профили свободной энергии АКО на границе вода вакуум Построены профили свободной энергии АКО на границе вода вакуум Изучена ориентационная динамика АКО вблизи раздела фаз Изучена ориентационная динамика АКО вблизи раздела фаз Произведено моделирование раздела фаз вода - гексан. Произведено моделирование раздела фаз вода - гексан. Изучена динамика PHE на разделе фаз. Изучена динамика PHE на разделе фаз.

Спасибо за внимание!