http://multimedia.mcb.harvard.edu/ Inner life of a cell

Studiul DINAMICII MOLECULARE:

intelegerea comportamentului unei molecule la nivel atomic

ACTIVITATEA BIOLOGICA A UNEI PROTEINE

- Structura

3D (dinamica ) structurii 3D- Interactiunea cu mediulapa si/sau lipide - Interactiunea cu liganzii - Interactiunea cu alte proteine

- Flexibilitatea

+

Amplitudine

Tipul miscarii

Functionalitate

Timp

MICA; 10

Miscarile domeniilor si a subunitatilor Asocierea subunitatilor, modificarea plierii

s ms ms h

Simulari de dinamica moleculara modelarea

miscarilor de amplitudine mica si medie permite adaugarea solventului si a membranei CHARMM, NAMD, AMBER

Analiza de moduri normale modelarea

miscarilor colective (amplitudine mare) permite studiul sistemelor cu un numar limitat de atomi CHARMM http://services.cbu.uib.no/tools/normalmodes

TOPOLOGIA: tipurile de atomi, legaturile formate, sarcinilepartiale ale resturilor, specificatiile de legare a resturilor + coordonate interne

PARAMETRII: valori numerice specifice pentru rezolvarea

functiei empirice de energie distante, unghiuri, improprii, diedre si constantele de forta la echilibru

V=Vlegatura+ VnelegaturaVlegatura ( R ) =legaturi

k (l l )l 0 n diedre

2

+

unghiuri

k ( )0 06

2

+

improprii

k ( 0 ) 2 +

A [1 + cos(n )]12

Vnelegatura ( R) = ( [( ) 2( ) ]+ ij rij rij 4 0 rij i< j rC:/Program Files/University of llinois/VMD/plugins/noarch/tcl/readcharmmpar1.1/ par_all27_prot_lipid_na.inp

rijmin

rijmin

qi q j

Determinata experimental

Cristalografie de raze X RMN

lipsa atomilor de H - Adaugarea atomilor din coordonatele interne suprapunerea de atomi nelegati legaturi si unghiuri deformate Structurile cu energie mare stari tranzitionale, instabile

MINIMIZAREA ENERGIEI Modificarea coordonatelor atomilor in sensul descresterii energiei moleculei Variatia energiei in functie de coordonatele atomilor = profilul energetic al moleculei

- distributia structurilor pe profilul energetic -Conditia de minim energetic - Energie~ 0

simulari realiste influenta solventuluiapa lipide

Solvatare: VMD Main Extensions Modeling Add Solvation Box Utilizarea scripturilor de solvatare VMD Main Extensions Tk Console Modelarea bistraturilor lipidice: VMD Main Extensions Modeling Membrane Builder

C:\MD\ubq ul: informatii structurale (legarea atomilor) topologia moleculei( extensia Automatic PSF Builder)

Psf

ubq.psf

Pdb

ul: coordonatele atomice ale sistemului

ubq.pdb

VMD Main Extensions Tk Console Directorul

de lucru (cd .. ; dir ) source wat_sphere.tcl source wat_box.tcl

In

vid

C:\MD\ubq: ubq.psf, ubq.pdb VMD Main Extensions Simulation NAMD Graphical Interface

Edit Other simulation parameters Minimization Run NAMD

Binary output files

VMD Extensions Analysis NAMD Plot - *.out *.coor - *_min.pdb Cuantificarea modificarilor RMSD (root mean square deviation): VMD Extensions Analysis RMSD Calculator

Rezultatul: traiectoria de dinamica = set de conformatii *.dcd

Fluctuatiile moleculei: -Dependenta de timp -Amploarea

pozitie viteza

C:\MD\ubq: ubq.psf, ubq.pdb VMD Main Extensions Simulation NAMD Graphical InterfaceEdit Other simulation parameters Minimization Run NAMD Binary output files Molecular dynamics

VMD Main Extensions Simulation NAMD Graphical Interface Edit

Ensemble tipul de dinamica: NVE Energie constanta - temperatura (K) Fixed atoms Other simulation parameters DCD/XST output frequency Time Step

Incalzirea moleculei - treptat Temperatura

distributia vitezelor Vitezele initiale ale atomilor arbitrare lipsa corelatiilor intre miscarea atomilor legati

Echilibrarea Cu

structurii zeci-sute ps

rescalarea vitezelor in acord cu temperatura a rescala vitezele

Fara

Structura

insuficient minimizata ERORI

Simulare

OKTemperatura

Energia cinetica

Dinamica utila

Rezultate de incredere: - Sistemul de calcul echilibrat -Simulare stabila - Respectarea conditiei de energie constantaVMD Extensions Analysis NAMD Plot - *.out

RMSD:

VMD Extensions Analysis RMSD Trajectory Tool Distante:

VMD - Mouse Label Bonds VMD Graphics Labels Bonds - Graph Unghiuri

VMD - Mouse Label Angles VMD Graphics Labels Angles - Graph Punti

de hidrogen

VMD Extensions Analysis Hydrogen bonds

RMSD mediu / aminoacid

VMD Main Extensions Tk Console Directorul

de lucru C:\MD\ubq (cd .. ; dir ) source residue_rms.tcl (procedura de calcu a RMSD mediu) set sel_resid [[atomselect top protein and apha] get resid] rmsd_residue_over_time top $sel_resid residue_rms.dat Coloring method - User

http://www.ks.uiuc.edu/Training/Tutorials/

Conditii periodice bsa.psf

C:\MD\bsa\ BSA,

apa + ioni

bsa.dcd: 20

ps Time step 2 fs Distanta dintre frame-uri 0.2 ps Temperatura 1000 K 300 K

RMSD VMD

Extensions Analysis NAMD Energy

Interactiunea proteina (selection1) si apa (selection2) Forta non-bonded

Alte

analize ?