A cikk bemutatja az ipari enzimkutat\u00e1sban, k\u00fcl\u00f6n\u00f6sen az enzimtervez\u00e9s ir\u00e1ny\u00edt\u00e1s\u00e1ra haszn\u00e1lt f\u0151bb sz\u00e1m\u00edt\u00e1sos k\u00e9miai m\u00f3dszereket, bele\u00e9rtve a molekulamechanikai er\u0151t\u00e9r- \u00e9s molekuladinamikai szimul\u00e1ci\u00f3kat, a kvantummechanikai \u00e9s kombin\u00e1lt kvantummechanikai\/molekulamechanikai modellez\u00e9st, a kontinuum elektrosztatikus modellez\u00e9st \u00e9s a molekul\u00e1ris dokkol\u00e1st. Ezeket a m\u00f3dszereket a sz\u00f6veg k\u00e9t szempontb\u00f3l foglalja \u00f6ssze: egyr\u00e9szt maguknak a m\u00f3dszereknek az alapfogalmait, az eredeti sz\u00e1m\u00edt\u00e1sok eredm\u00e9nyeit, az alkalmazhat\u00f3s\u00e1g felt\u00e9teleit, valamint az el\u0151ny\u00f6ket \u00e9s h\u00e1tr\u00e1nyokat; m\u00e1sr\u00e9szt a sz\u00e1m\u00edt\u00e1sokb\u00f3l nyert \u00e9rt\u00e9kes inform\u00e1ci\u00f3kat a mut\u00e1nsok \u00e9s mut\u00e1nsk\u00f6nyvt\u00e1rak tervez\u00e9s\u00e9nek ir\u00e1ny\u00edt\u00e1s\u00e1ra.<\/p>\n
Az enzimek ipari alkalmaz\u00e1sa t\u00f6bb sz\u00e1z \u00e9ves m\u00faltra tekint vissza, \u00e9s az enzimkatal\u00edzist sz\u00e9les k\u00f6rben haszn\u00e1lj\u00e1k a k\u00fcl\u00f6nb\u00f6z\u0151 ipar\u00e1gakban, p\u00e9ld\u00e1ul az \u00e9lelmiszeriparban, a mez\u0151gazdas\u00e1gban, az orvostudom\u00e1nyban \u00e9s a vegyiparban, mivel nagy hat\u00e9konys\u00e1g\u00fa, nagy specificit\u00e1s\u00fa \u00e9s szelekt\u00edv, valamint k\u00f6rnyezetbar\u00e1t. [1-2].<\/sup> Mivel az ipari alkalmaz\u00e1si k\u00f6rnyezet messze elt\u00e9r att\u00f3l a k\u00f6rnyezett\u0151l, amelyben az enzimek a term\u00e9szetben \u00e9lnek, a term\u00e9szetes enzimek jellege \u00e9s katalitikus funkci\u00f3ja, valamint alkalmaz\u00e1si k\u00f6rnyezet\u00fck \u00e1ltal\u00e1ban nem egyezik meg, vagy nem optim\u00e1lis. Ebben az esetben az enzim term\u00e9szetes aminosav szekvenci\u00e1j\u00e1t enzimtechnol\u00f3gia seg\u00edts\u00e9g\u00e9vel m\u00f3dos\u00edtani kell, hogy javuljon az enzim teljes\u00edtm\u00e9nye. [3].<\/sup> A leggyakrabban alkalmazott enzimtechnol\u00f3giai strat\u00e9gia a mut\u00e1ci\u00f3s k\u00f6nyvt\u00e1rak l\u00e9trehoz\u00e1sa sz\u0171r\u00e9s c\u00e9lj\u00e1b\u00f3l, azaz a laborat\u00f3riumi ir\u00e1ny\u00edtott evol\u00faci\u00f3. [4].<\/sup> A hat\u00e9kony ir\u00e1ny\u00edtott evol\u00faci\u00f3 egyik sz\u00fcks\u00e9ges el\u0151felt\u00e9tele, hogy a sz\u0171r\u00e9s alatt \u00e1ll\u00f3 mut\u00e1nsk\u00f6nyvt\u00e1r k\u00f6nyvt\u00e1rkapacit\u00e1sa (azaz a k\u00f6nyvt\u00e1rban tal\u00e1lhat\u00f3 mut\u00e1nsok sz\u00e1ma) kell\u0151en nagy legyen a k\u00f6nyvt\u00e1rban tal\u00e1lhat\u00f3 potenci\u00e1lisan hasznos mut\u00e1nsok ar\u00e1ny\u00e1hoz k\u00e9pest. A mut\u00e1nsk\u00f6nyvt\u00e1r m\u00e9ret\u00e9t gyakran a sz\u0171r\u00e9si m\u00f3dszer, a rendelkez\u00e9sre \u00e1ll\u00f3 er\u0151forr\u00e1sok \u00e9s egy\u00e9b objekt\u00edv felt\u00e9telek korl\u00e1tozz\u00e1k. A kulcsk\u00e9rd\u00e9s az, hogy hogyan n\u00f6velhet\u0151 a mut\u00e1nsk\u00f6nyvt\u00e1rban l\u00e9v\u0151 hat\u00e9kony mut\u00e1nsok ar\u00e1nya. Az enzimszekvencia, a szerkezet \u00e9s a fontos tulajdons\u00e1gok k\u00f6z\u00f6tti kapcsolat m\u00e9lyrehat\u00f3 meg\u00e9rt\u00e9se seg\u00edthet a mut\u00e1ci\u00f3s g\u00f3cpontok azonos\u00edt\u00e1s\u00e1ban, a mut\u00e1ci\u00f3 hat\u00f3k\u00f6r\u00e9nek korl\u00e1toz\u00e1s\u00e1ban \u00e9s a min\u0151s\u00e9gi mut\u00e1nsk\u00f6nyvt\u00e1r-tervez\u00e9s megval\u00f3s\u00edt\u00e1s\u00e1ban. A sz\u00e1m\u00edt\u00f3g\u00e9pes k\u00e9miai m\u00f3dszerek fontos eszk\u00f6zei ennek a meg\u00e9rt\u00e9snek. Kimutatt\u00e1k, hogy a sz\u00e1m\u00edt\u00f3g\u00e9pes tervez\u00e9sen alapul\u00f3 feh\u00e9rjemut\u00e1ci\u00f3s k\u00f6nyvt\u00e1rak t\u00f6bb nagys\u00e1grenddel n\u00f6velhetik a hat\u00e9kony mut\u00e1nsok sz\u00e1zal\u00e9kos ar\u00e1ny\u00e1t a v\u00e9letlenszer\u0171 mut\u00e1ci\u00f3s k\u00f6nyvt\u00e1rakhoz k\u00e9pest. [5].<\/sup> Egyes neh\u00e9z enzimtechnol\u00f3giai vagy feh\u00e9rjem\u00e9rn\u00f6ki t\u00e9m\u00e1k eset\u00e9ben a sz\u00e1m\u00edt\u00e1ssal el\u00e9rhet\u0151 jelent\u0151s javul\u00e1s elegend\u0151 lehet a t\u00e9ma v\u00e9gs\u0151 siker\u00e9nek vagy kudarc\u00e1nak meghat\u00e1roz\u00e1s\u00e1hoz, ami m\u00e1r nem korl\u00e1toz\u00f3dik a hat\u00e9konys\u00e1g javul\u00e1s\u00e1ra. A sz\u00e1m\u00edt\u00f3g\u00e9pes k\u00e9mia \u00e9s a sz\u00e1m\u00edt\u00f3g\u00e9pes biol\u00f3gia m\u00f3dszerei ugyanis sikeresen lehet\u0151v\u00e9 tett\u00e9k olyan mesters\u00e9ges enzimek tervez\u00e9s\u00e9t a semmib\u0151l, amelyek olyan katalitikus funkci\u00f3kkal rendelkeznek, amelyekkel a term\u00e9szetes enzimek nem rendelkeznek. Mivel ebben az albumban m\u00e1s \u00e1ttekint\u00e9sek az aminosav-szekvenci\u00e1k automatikus optim\u00e1lis tervez\u00e9s\u00e9nek m\u00f3dszereivel foglalkoztak, ez a cikk az adott aminosav-szekvenci\u00e1val rendelkez\u0151 enzimek szimul\u00e1l\u00e1s\u00e1ra \u00e9s elemz\u00e9s\u00e9re szolg\u00e1l\u00f3 sz\u00e1m\u00edt\u00e1si m\u00f3dszerekre \u00f6sszpontos\u00edt. Term\u00e9szetesen a kutat\u00f3k ezeket a m\u00f3dszereket haszn\u00e1lhatj\u00e1k a vad t\u00edpus \u00e9s a mut\u00e1nsok k\u00fcl\u00f6n-k\u00fcl\u00f6n t\u00f6rt\u00e9n\u0151 vizsg\u00e1lat\u00e1ra, majd az eredm\u00e9nyek \u00f6sszehasonl\u00edt\u00e1s\u00e1ra. 1<\/p>\n Klasszikus molekul\u00e1ris mechanikai er\u0151tereken (MM) alapul\u00f3 molekuladinamikai szimul\u00e1ci\u00f3 (MD)<\/p>\n 1.1<\/p>\n Bevezet\u00e9s a m\u00f3dszerbe<\/p>\n Az enzimkatal\u00edzisben v\u00e9gbemen\u0151 k\u00e9miai v\u00e1ltoz\u00e1sokat egyel\u0151re nem vessz\u00fck figyelembe, hanem csak az enzim konform\u00e1ci\u00f3j\u00e1nak v\u00e1ltoz\u00e1s\u00e1t, az enzim \u00e9s a reakt\u00e1nsok (vagy term\u00e9kek) k\u00f6z\u00f6tti nem kovalens komplexek kialakul\u00e1s\u00e1t \u00e9s disszoci\u00e1ci\u00f3j\u00e1t a molekul\u00e1ris h\u0151mozg\u00e1s k\u00f6vetkezt\u00e9ben. E folyamatok sor\u00e1n a molekula elektron\u00e1llapota nem v\u00e1ltozik (pl. nem j\u00f6nnek l\u00e9tre vagy szakadnak meg kovalens k\u00f6t\u00e9sek), \u00e9s a molekulamechanikai er\u0151t\u00e9rmodell \u00e9rv\u00e9nyes\u00fcl. Az \u00fagynevezett molekulamechanikai er\u0151t\u00e9r egy olyan empirikus matematikai f\u00fcggv\u00e9ny, amely kifejezi egy molekul\u00e1ris rendszer potenci\u00e1lis energi\u00e1j\u00e1nak f\u00fcgg\u00e9s\u00e9t a molekul\u00e1ris rendszer geometriai konfigur\u00e1ci\u00f3j\u00e1t\u00f3l (azaz a molekul\u00e1ris rendszert alkot\u00f3 \u00f6sszes atom t\u00e9rbeli koordin\u00e1t\u00e1it\u00f3l) (1A. \u00e1bra). M\u00e1s sz\u00f3val, ha a X<\/em><\/i> az \u00f6sszes atom t\u00e9rbeli koordin\u00e1t\u00e1inak \u00e1br\u00e1zol\u00e1s\u00e1ra, \u00e9s VMM<\/em><\/sup><\/i> (X<\/strong><\/em><\/i> ) a molekul\u00e1ris er\u0151t\u00e9r potenci\u00e1lis energi\u00e1j\u00e1nak reprezent\u00e1l\u00e1s\u00e1ra, a potenci\u00e1lis energia v\u00e1ltozik, ahogy a molekula az egyik konform\u00e1ci\u00f3b\u00f3l X1<\/sub> egy m\u00e1sikra X2<\/sub>: \u00c1bra. 1<\/strong> Molekulamechanikai er\u0151t\u00e9r (A) \u00e9s<\/strong> molekuladinamikai szimul\u00e1ci\u00f3 (B)<\/strong> 1.2<\/p>\n Alkalmaz\u00e1s az enzimkutat\u00e1sban<\/p>\n Az MD-szimul\u00e1ci\u00f3kb\u00f3l nyert inform\u00e1ci\u00f3k k\u00fcl\u00f6nb\u00f6z\u0151 m\u00f3don alkalmazhat\u00f3k az enzimtechnikai m\u00f3dos\u00edt\u00e1sok ir\u00e1ny\u00edt\u00e1s\u00e1ra. [20].<\/sup> P\u00e9ld\u00e1ul a szobah\u0151m\u00e9rs\u00e9klet\u0171 \u00e9s a magas h\u0151m\u00e9rs\u00e9klet\u0171 MD-szimul\u00e1ci\u00f3k \u00f6sszehasonl\u00edt\u00e1s\u00e1val megj\u00f3solhat\u00f3, hogy az enzimmolekula mely r\u00e9gi\u00f3i rendelkeznek a k\u00f6rnyezeti h\u0151m\u00e9rs\u00e9kletre leg\u00e9rz\u00e9kenyebb szerkezeti stabilit\u00e1ssal. Prolin pontmut\u00e1ci\u00f3k, diszulfidk\u00f6t\u00e9sek stb. bevezet\u00e9se ezekbe a r\u00e9gi\u00f3kba potenci\u00e1lisan n\u00f6velheti az enzim h\u0151\u00e1ll\u00f3s\u00e1g\u00e1t. [21-24].<\/sup> A stabilit\u00e1s jav\u00edt\u00e1s\u00e1nak m\u00e1sik strat\u00e9gi\u00e1ja olyan mut\u00e1nsok tervez\u00e9se, amelyek t\u00f6bb fel\u00fcleti hidrog\u00e9n- \u00e9s s\u00f3k\u00f6t\u00e9st k\u00e9peznek. [25-26].<\/sup> Az ilyen mut\u00e1nsok k\u00eds\u00e9rleti valid\u00e1l\u00e1sa el\u0151tt a vad t\u00edpus\u00fa \u00e9s a mut\u00e1nsok p\u00e1rhuzamosan szimul\u00e1lhat\u00f3k, hogy elm\u00e9letileg felm\u00e9rj\u00e9k, hogy a mut\u00e1ci\u00f3 el\u00e9rheti-e a k\u00edv\u00e1nt hat\u00e1st. [27-28].<\/sup> A h\u0151m\u00e9rs\u00e9kleten k\u00edv\u00fcl az MD haszn\u00e1lhat\u00f3 a k\u00f6rnyezeti pH, old\u00f3szerek stb. v\u00e1ltoz\u00e1sainak a feh\u00e9rje konform\u00e1ci\u00f3j\u00e1ra \u00e9s stabilit\u00e1s\u00e1ra gyakorolt hat\u00e1s\u00e1nak elemz\u00e9s\u00e9re is. [29-30].<\/sup> 2<\/p>\n Kvantummechanikai (QM) \u00e9s kombin\u00e1lt kvantummechanikai\/molekul\u00e1ris mechanikai (QM\/MM) modellek<\/p>\n 2.1<\/p>\n Bevezet\u00e9s a m\u00f3dszerbe<\/p>\n Az enzimkatal\u00edzis k\u00e9miai l\u00e9p\u00e9seinek, p\u00e9ld\u00e1ul a kovalens k\u00f6t\u00e9sek l\u00e9trehoz\u00e1s\u00e1nak \u00e9s felbont\u00e1s\u00e1nak, az elektron\u00e1tvitelnek \u00e9s a k\u00fcl\u00f6nb\u00f6z\u0151 elektron\u00e1llapotok k\u00f6z\u00f6tti ugr\u00e1soknak a szimul\u00e1l\u00e1s\u00e1hoz kvantummechanikai (QM) modellekre van sz\u00fcks\u00e9g. Jelenleg a sz\u00e1m\u00edt\u00e1sos k\u00e9mi\u00e1ban \u00e1ltal\u00e1nosan haszn\u00e1lt QM modelleket t\u00f6bb t\u00edpusba sorolj\u00e1k, mint p\u00e9ld\u00e1ul ab initio ( ab initio<\/em><\/i> ), a s\u0171r\u0171s\u00e9g-funkcion\u00e1lis elm\u00e9let (DFT) \u00e9s a f\u00e9l-empirikus m\u00f3dszerek [40].<\/sup> Ezek k\u00f6z\u00fcl a f\u00e9lempirikus m\u00f3dszerek a legkev\u00e9sb\u00e9 sz\u00e1m\u00edt\u00e1sig\u00e9nyesek. Ezek azonban nem els\u0151 elvi m\u00f3dszerek, \u00e9s a sz\u00e1m\u00edt\u00e1si eredm\u00e9nyek megb\u00edzhat\u00f3s\u00e1ga nagym\u00e9rt\u00e9kben f\u00fcgg az adott rendszert\u0151l \u00e9s probl\u00e9m\u00e1t\u00f3l. Mind az ab initio, mind a DFT m\u00f3dszerek els\u0151 elvi m\u00f3dszerek \u00e9s univerz\u00e1lisak. A gyakorlati DFT-modellek t\u00f6bb empirikus elm\u00e9leti k\u00f6zel\u00edt\u00e9st tartalmazhatnak, mint az ab initio sz\u00e1m\u00edt\u00e1sok, de a DFT nagyon nagy sz\u00e1m\u00edt\u00e1si hat\u00e9konys\u00e1ggal k\u00e9pes kezelni az elektronok korrel\u00e1ci\u00f3s energi\u00e1it. Emellett sz\u00e1mos k\u00e9miai reakci\u00f3probl\u00e9ma eset\u00e9ben a legjobb DFT-modellek sz\u00e1m\u00edt\u00e1si hib\u00e1i a kulcsfontoss\u00e1g\u00fa param\u00e9terek, p\u00e9ld\u00e1ul a reakci\u00f3folyamat sor\u00e1n bek\u00f6vetkez\u0151 energiav\u00e1ltoz\u00e1sok eset\u00e9ben m\u00e1r csak kb. 1 kcal\/mol k\u00f6r\u00fcli \u00e9rt\u00e9ket \u00e9rnek el, \u00e9s az eredm\u00e9nyek elegend\u0151ek ahhoz, hogy egy adott katalitikus mechanizmus vagy reakci\u00f3\u00fatvonal k\u00e9miai megalapozotts\u00e1g\u00e1nak meghat\u00e1roz\u00e1s\u00e1hoz alapul szolg\u00e1ljanak. \u00c1bra. 2 <\/strong> Kvantummechanikai (QM)\/Molekul\u00e1ris<\/strong> Mechanika (MM)<\/strong> modellek 2.2<\/p>\n A m\u00f3dszer alkalmaz\u00e1sa<\/p>\n Mindkett\u0151<\/sup> a QM modell [10] \u00e9s<\/sup> a QM\/MM modell [41]<\/sup> sz\u00e9les k\u00f6rben haszn\u00e1lt\u00e1k az enzimkataliz\u00e1lt reakci\u00f3k k\u00e9miai mechanizmusainak elm\u00e9leti el\u0151rejelz\u00e9s\u00e9re \u00e9s tesztel\u00e9s\u00e9re. Eredm\u00e9nyeik seg\u00edthetnek abban, hogy felismerj\u00fck, mely kulcsfontoss\u00e1g\u00fa marad\u00e9kok vesznek r\u00e9szt a k\u00e9miai reakci\u00f3folyamatban, megtal\u00e1ljuk a reakci\u00f3 sebess\u00e9gkorl\u00e1toz\u00f3 l\u00e9p\u00e9s\u00e9t, modellezz\u00fck a reakci\u00f3 k\u00f6zbens\u0151 \u00e9s \u00e1tmeneti \u00e1llapotainak szerkezet\u00e9t, elemezz\u00fck, hogyan l\u00e9pnek k\u00f6lcs\u00f6nhat\u00e1sba az enzim k\u00f6rnyezet\u00e9vel stb. A QM klaszter modellel \u00f6sszehasonl\u00edtva a QM\/MM modell re\u00e1lisabban tudja szimul\u00e1lni az enzim k\u00f6rnyezet\u00e9t, amelyben a k\u00e9miai reakci\u00f3centrumok helyezkednek el. a QM\/MM-et sz\u00e9les k\u00f6rben haszn\u00e1lj\u00e1k az enzimkatal\u00edzis k\u00e9miai mechanizmus\u00e1nak elm\u00e9leti el\u0151rejelz\u00e9s\u00e9re\/tesztel\u00e9s\u00e9re, valamint a k\u00f6rnyezeti aminosavmarad\u00e9kok lehets\u00e9ges hat\u00e1sainak elemz\u00e9s\u00e9re \u00e9s el\u0151rejelz\u00e9s\u00e9re a katalitikus folyamatra. [46].<\/sup> Elvileg ezek az eredm\u00e9nyek felhaszn\u00e1lhat\u00f3k ir\u00e1ny\u00edtott evol\u00faci\u00f3s mut\u00e1ci\u00f3s k\u00f6nyvt\u00e1rak tervez\u00e9s\u00e9hez, amelyek c\u00e9lja a katalitikus aktivit\u00e1s fokoz\u00e1sa \u00e9s a specifit\u00e1s vagy szelektivit\u00e1s megv\u00e1ltoztat\u00e1sa. Nagyobb kih\u00edv\u00e1st jelent\u0151 vizsg\u00e1lat lenne teljesen \u00faj mesters\u00e9ges enzimek el\u0151\u00e1ll\u00edt\u00e1sa, amelyek \u00faj akt\u00edv centrumok tervez\u00e9s\u00e9n alapulnak a semmib\u0151l, a QM vagy QM\/MM el\u0151re jelzett \u00e1tmeneti \u00e1llapotszerkezeti modellek alapj\u00e1n. [47].<\/sup><\/p>\n 3<\/p>\n Elektrosztatikus kontinuum k\u00f6zeg modellez\u00e9se<\/p>\n 3.1<\/p>\n A m\u00f3dszer elve<\/p>\n Az enzimkatal\u00edzis szinte mindig egy adott oldatk\u00f6rnyezetben val\u00f3sul meg. Az old\u00f3szerhat\u00e1sok d\u00f6nt\u0151en befoly\u00e1solj\u00e1k az enzimek tulajdons\u00e1gait. A k\u00e9miai kezel\u00e9sek old\u00f3szerhat\u00e1sainak kisz\u00e1m\u00edt\u00e1s\u00e1ra szolg\u00e1l\u00f3 modellek k\u00e9t kateg\u00f3ri\u00e1ba sorolhat\u00f3k: explicit old\u00f3szer-modellek, pl. a molekulamechanikai er\u0151t\u00e9rben vagy a QM-modellekben, ahol minden egyes old\u00f3szer-molekula \u00e9s minden egyes atom explicit m\u00f3don szerepel a modellben; \u00e9s implicit old\u00f3szer- vagy kontinuumk\u00f6zeg-modellek. [48], ahol<\/sup> az old\u00f3szer molekul\u00e1k \u00e9s atomok nem szerepelnek a modellben, \u00e9s az old\u00f3szerhat\u00e1sok kezel\u00e9s\u00e9re az \u00fan. \"old\u00f3szer-k\u00f6zepes mez\u0151k\" szolg\u00e1lnak. amely nem tartalmazza az old\u00f3szer molekul\u00e1kat \u00e9s atomokat, hanem az old\u00f3szerhat\u00e1sokat egy \u00fan. Az explicit old\u00f3szer-modell el\u0151nye, hogy k\u00e9pes az oldott anyagot \u00e9s az old\u00f3szert teljesen konzisztens m\u00f3don kezelni, re\u00e1lisan modellezve az olyan specifikus k\u00f6lcs\u00f6nhat\u00e1sokat, mint az oldott anyag-old\u00f3szer hidrog\u00e9nk\u00f6t\u00e9s, s\u00f3k\u00f6t\u00e9s stb. H\u00e1tr\u00e1nya, hogy az old\u00f3szermolekul\u00e1k sz\u00e1ma nagy \u00e9s sz\u00e1m\u00edt\u00e1sig\u00e9nyes. Ezenk\u00edv\u00fcl az old\u00f3szer sztochasztikus emelked\u00e9se jelent\u0151sen hozz\u00e1j\u00e1rul a rendszer teljes energi\u00e1j\u00e1hoz, \u00e9s hossz\u00fa szimul\u00e1ci\u00f3s minta\u00e1tlagol\u00e1st kell v\u00e9gezni az emelked\u00e9s hat\u00e1s\u00e1nak kik\u00fcsz\u00f6b\u00f6l\u00e9s\u00e9hez. A rejtett old\u00f3szer modell \u00e1br\u00e1zolja az old\u00f3szer \u00e1tlagol\u00f3 hat\u00e1s\u00e1t, \u00e9s az old\u00f3szer termodinamikai emelked\u00e9s\u00e9t \u00e9s s\u00fcllyed\u00e9s\u00e9t \u00e1tlagoltuk. \u00c1bra. 3 <\/strong> Elektrosztatikus kontinuum modell (A)<\/strong> \u00e9s v\u00e9ges-differencia Poisson-Boltzmann (FDPB) <\/strong> m\u00f3dszer (B)<\/strong> 3.2<\/p>\n A m\u00f3dszer alkalmaz\u00e1sa<\/p>\n A kontinuummodell egyik fontos alkalmaz\u00e1sa az enzimmolekul\u00e1k t\u00f6lt\u00f6tt aminosav-oldall\u00e1nccsoportjainak proton\u00e1l\u00f3d\u00e1si \u00e1llapot\u00e1nak vizsg\u00e1lata. A PROPKA szoftver az egyes disszoci\u00e1lhat\u00f3 csoportok pKa \u00e9rt\u00e9k\u00e9t a PB-egyenlet megold\u00e1s\u00e1val j\u00f3solja meg, hogy kisz\u00e1m\u00edtsa az elektrosztatikus szabad energi\u00e1t a k\u00fcl\u00f6nb\u00f6z\u0151 proton\u00e1l\u00f3d\u00e1si \u00e1llapotokra. [50].<\/sup> Az enzimmolekula fel\u00fcleti elektrosztatikus potenci\u00e1leloszl\u00e1sa fontos t\u00e9nyez\u0151, amely befoly\u00e1solja az enzim szubsztr\u00e1t-szelektivit\u00e1s\u00e1t. Az enzimmolekula t\u00e9rbeli szerkezet\u00e9nek \u00e9s proton\u00e1lts\u00e1gi \u00e1llapot\u00e1nak ismeret\u00e9ben az enzimmolekula fel\u00fcleti elektrosztatikus potenci\u00e1leloszl\u00e1sa kisz\u00e1m\u00edthat\u00f3 az FDPB m\u00f3dszerrel, amely az aminosav-marad\u00e9kok mut\u00e1ci\u00f3inak vagy a k\u00f6rnyezeti pH v\u00e1ltoz\u00e1s\u00e1nak, az ionkoncentr\u00e1ci\u00f3 v\u00e1ltoz\u00e1s\u00e1nak stb. a fel\u00fcleti elektrosztatikus potenci\u00e1lra gyakorolt hat\u00e1s\u00e1t is el\u0151re jelzi. [14].<\/sup> 4<\/p>\n Egy\u00e9b m\u00f3dszerek<\/p>\n 4.1<\/p>\n Molekul\u00e1ris dokkol\u00e1s<\/p>\n A dokkol\u00e1s egy komplex szerkezet\u00e9nek (\u00e9s affinit\u00e1s\u00e1nak) megj\u00f3sl\u00e1s\u00e1ra szolg\u00e1l\u00f3 sz\u00e1m\u00edt\u00e1si folyamat, amely a monomer szerkezet\u00e9n alapul. A kismolekula-feh\u00e9rje dokkol\u00e1s a gy\u00f3gyszerek szerkezetalap\u00fa virtu\u00e1lis sz\u0171r\u00e9s\u00e9nek k\u00f6zponti eszk\u00f6ze, amelyre sz\u00e1mos algoritmust fejlesztettek ki. [13].<\/sup> Ezek az algoritmusok \u00e9s modellek a szubsztr\u00e1t-enzim komplexek dokkol\u00e1s\u00e1ra is alkalmazhat\u00f3k. A virtu\u00e1lis gy\u00f3gyszersz\u0171r\u00e9s nagysz\u00e1m\u00fa k\u00fcl\u00f6nb\u00f6z\u0151 kismolekula figyelembev\u00e9tel\u00e9t ig\u00e9nyli, \u00e9s sz\u00e1m\u00edt\u00e1si hat\u00e9konys\u00e1gi okokb\u00f3l a molekul\u00e1ris dokkol\u00e1si sz\u00e1m\u00edt\u00e1sok sor\u00e1n gyakran nem veszik figyelembe a receptor (vagy csak az oldall\u00e1nc) szerkezeti v\u00e1ltoz\u00e1sait. A virtu\u00e1lis sz\u0171r\u00e9ssel ellent\u00e9tben a szubsztr\u00e1t-enzim dokkol\u00e1si vizsg\u00e1latokban gyakran csak egy vagy t\u00f6bb k\u00fcl\u00f6nb\u00f6z\u0151 szubsztr\u00e1tot vesznek figyelembe, \u00e9s az enzim szerkezeti v\u00e1ltoz\u00e1sait elvileg teljesebben figyelembe lehet venni. Ennek legegyszer\u0171bb m\u00f3dja az, hogy konform\u00e1ci\u00f3s mintav\u00e9teli m\u00f3dszerekkel, p\u00e9ld\u00e1ul MD-vel, v\u00e1ltozatos enzimszerkezeteket kapunk, amelyeket k\u00fcl\u00f6n dokkolunk a szubsztr\u00e1thoz. A szubsztr\u00e1t-enzim dokkol\u00e1sban gyakran a szubsztr\u00e1t \u00e9s a katalitikus funkci\u00f3s csoportok relat\u00edv t\u00e9rbeli elrendez\u0151d\u00e9s\u00e9t is fel lehet haszn\u00e1lni a dokkol\u00e1si eredm\u00e9nyek sz\u0171r\u00e9s\u00e9re\/\u00e9rt\u00e9kel\u00e9s\u00e9re.<\/p>\n 4.2<\/p>\n Kis molekul\u00e1k p\u00f3rusainak el\u0151rejelz\u00e9se a geometria alapj\u00e1n<\/p>\n Sz\u00e1mos k\u00eds\u00e9rleti vizsg\u00e1lat kimutatta, hogy az akt\u00edv centrumt\u00f3l t\u00e1vol es\u0151 mut\u00e1ci\u00f3k nagy hat\u00e1ssal lehetnek az enzimek katalitikus teljes\u00edtm\u00e9ny\u00e9re. E helyek n\u00e9melyike a szubsztr\u00e1tk\u00f6t\u0151\/term\u00e9kfelszabad\u00edt\u00f3 p\u00f3rus megv\u00e1ltoztat\u00e1s\u00e1val hathat, \u00e9s a p\u00f3rus m\u00e9rete, a p\u00f3rus k\u00f6r\u00fcli marad\u00e9kok fizikai-k\u00e9miai tulajdons\u00e1gai stb. megv\u00e1ltoztathatj\u00e1k a szubsztr\u00e1t\/term\u00e9k \u00e1tjut\u00e1si sebess\u00e9get \u00e9s befoly\u00e1solhatj\u00e1k a szubsztr\u00e1t-szelektivit\u00e1st. A p\u00f3rusok el\u0151rejelz\u00e9si m\u00f3dszerei felhaszn\u00e1lhat\u00f3k a relev\u00e1ns forr\u00f3 marad\u00e9kok megtal\u00e1l\u00e1s\u00e1ra, \u00e9s alapul szolg\u00e1lhatnak az ir\u00e1ny\u00edtott evol\u00faci\u00f3s k\u00f6nyvt\u00e1rak tervez\u00e9s\u00e9hez. Sz\u00e1mos geometriai szerkezeten alapul\u00f3 m\u00f3dszer \u00e1ll rendelkez\u00e9sre a feh\u00e9rjefelsz\u00edni g\u00f6dr\u00f6k, bels\u0151 \u00fcregek, k\u00fcl\u00f6nb\u00f6z\u0151 r\u00e9gi\u00f3kat \u00f6sszek\u00f6t\u0151 p\u00f3rusok stb. el\u0151rejelz\u00e9s\u00e9re. [51-53].<\/sup> Ezek a m\u00f3dszerek statikus t\u00e9rbeli strukt\u00far\u00e1kat haszn\u00e1lnak bemenetk\u00e9nt, \u00e9s t\u00f6bbnyire geometriai \u00e9s gr\u00e1felm\u00e9leti m\u00f3dszereket alkalmaznak a nagy sz\u00e1m\u00edt\u00e1si hat\u00e9konys\u00e1g\u00fa el\u0151rejelz\u00e9s megval\u00f3s\u00edt\u00e1s\u00e1ra.<\/p>\n 4.3<\/p>\n Akt\u00edv k\u00f6zpont \u00f6sszehasonl\u00edt\u00f3 m\u00f3dszerek<\/p>\n Jelenleg a Protein 3D Structure Database-ben (PDB) nagy mennyis\u00e9g\u0171, k\u00fcl\u00f6nb\u00f6z\u0151 szerkezet\u0171 \u00e9s csal\u00e1dba tartoz\u00f3 enzimek 3D szerkezet\u00e9re vonatkoz\u00f3 adat halmoz\u00f3dott fel. Ha \u00f6sszehasonl\u00edtjuk a k\u00fcl\u00f6nb\u00f6z\u0151 enzimeket, azt tal\u00e1ljuk, hogy n\u00e9melyik\u00fck akt\u00edv centrumai nagyfok\u00fa hasonl\u00f3s\u00e1got mutatnak (tipikus p\u00e9lda erre a szerinprote\u00e1zok k\u00f6z\u00f6s katalitikus tri\u00e1d akt\u00edv centrumai), m\u00e9g akkor is, ha a teljes szerkezeti szekvenci\u00e1k nem hasonl\u00f3ak. Az akt\u00edv k\u00f6zpont szerkezet\u00e9nek \u00f6sszehasonl\u00edt\u00e1si m\u00f3dszere [54-55] lehet<\/sup> seg\u00edts\u00e9g\u00e9vel automatikusan lek\u00e9rdezhet\u0151k m\u00e1s enzimek akt\u00edv centrumai, amelyek hasonl\u00f3ak az aktu\u00e1lis enzim akt\u00edv centrum\u00e1hoz. T\u00f6bb hasonl\u00f3 akt\u00edv centrum egym\u00e1sra helyez\u00e9se a h\u00e1romdimenzi\u00f3s t\u00e9rben \u00e9s a k\u00fcl\u00f6nb\u00f6z\u0151 akt\u00edv centrumok k\u00f6z\u00f6tti hasonl\u00f3s\u00e1gok \u00e9s k\u00fcl\u00f6nbs\u00e9gek elemz\u00e9se \u00e9rt\u00e9kes inform\u00e1ci\u00f3t ny\u00fajthat a mut\u00e1ci\u00f3s helyek kiv\u00e1laszt\u00e1s\u00e1hoz.<\/p>\n 5<\/p>\n \u00d6sszefoglal\u00f3<\/p>\n Az \u00e1ttekinthet\u0151s\u00e9g kedv\u00e9\u00e9rt a fenti m\u00f3dszerek bemutat\u00e1sa kategoriz\u00e1lva t\u00f6rt\u00e9nik. A gyakorlatban a k\u00fcl\u00f6nb\u00f6z\u0151 t\u00edpus\u00fa m\u00f3dszerek nem z\u00e1rj\u00e1k ki egym\u00e1st. Sokf\u00e9lek\u00e9ppen kombin\u00e1lva is felhaszn\u00e1lhat\u00f3k, hogy jobban megv\u00e1laszoljuk a minket \u00e9rdekl\u0151 k\u00e9rd\u00e9seket. P\u00e9ld\u00e1ul enzim-szubsztr\u00e1t komplex szimul\u00e1ci\u00f3kban a molekul\u00e1ris dokkol\u00e1s haszn\u00e1lhat\u00f3 a szimul\u00e1ci\u00f3 kezdeti konform\u00e1ci\u00f3j\u00e1nak meghat\u00e1roz\u00e1s\u00e1ra; az MD szimul\u00e1ci\u00f3kb\u00f3l kapott konform\u00e1ci\u00f3k halmaza felhaszn\u00e1lhat\u00f3 p\u00f3ruspredikci\u00f3s elemz\u00e9shez, molekul\u00e1ris dokkol\u00e1shoz, QM\/MM szimul\u00e1ci\u00f3khoz stb.; a QM vagy QM\/MM modellekb\u0151l kapott \u00e1tmeneti \u00e1llapotokat be\u00edr\u00f3 MM modellek \u00e9p\u00edthet\u0151k \u00e9s haszn\u00e1lhat\u00f3k hossz\u00fa ideig tart\u00f3 klasszikus MD-szimul\u00e1ci\u00f3khoz a konform\u00e1ci\u00f3 emelked\u00e9s\u00e9nek \u00e9s cs\u00f6kken\u00e9s\u00e9nek a k\u00e9miai folyamatokra gyakorolt hat\u00e1sainak elemz\u00e9s\u00e9re, vagy a nagysz\u00e1m\u00fa mut\u00e1ns szimul\u00e1ci\u00f3j\u00e1hoz a mut\u00e1nsok virtu\u00e1lis sz\u0171r\u00e9s\u00e9nek MD-szimul\u00e1ci\u00f3kon alapul\u00f3 megval\u00f3s\u00edt\u00e1s\u00e1hoz; a m\u00e1r eml\u00edtett MM\/PBSA megk\u00f6zel\u00edt\u00e9s az MD \u00e9s a kontinuum k\u00f6zeg modellez\u00e9s kombin\u00e1ci\u00f3ja, \u00e9s \u00edgy tov\u00e1bb. Mi a sz\u00e1m\u00edt\u00e1sos k\u00e9miai megk\u00f6zel\u00edt\u00e9s az ipari enzimkutat\u00e1sban? A cikk bemutatja az ipari enzimkutat\u00e1sban, k\u00fcl\u00f6n\u00f6sen az enzimtervez\u00e9s ir\u00e1ny\u00edt\u00e1s\u00e1ra haszn\u00e1lt f\u0151bb sz\u00e1m\u00edt\u00e1sos k\u00e9miai m\u00f3dszereket, bele\u00e9rtve a molekulamechanikai er\u0151t\u00e9r- \u00e9s molekuladinamikai szimul\u00e1ci\u00f3kat, a kvantummechanikai \u00e9s kombin\u00e1lt kvantummechanikai\/molekulamechanikai modellez\u00e9st, a kontinuum elektrosztatikus modellez\u00e9st \u00e9s a molekul\u00e1ris dokkol\u00e1st. Ezeket a m\u00f3dszereket \u00f6sszefoglalja a [...]<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[108],"tags":[],"class_list":["post-7255","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-enzyme-news"],"yoast_head":"\n
\nA feh\u00e9rj\u00e9k, k\u00fcl\u00f6n\u00f6sen az enzimek tanulm\u00e1nyoz\u00e1sa r\u00e9g\u00f3ta a sz\u00e1m\u00edt\u00f3g\u00e9pes k\u00e9miai kutat\u00e1sok egyik fontos ter\u00fclete. [6-8].<\/sup> A f\u0151 m\u00f3dszerek k\u00f6z\u00e9 tartoznak a klasszikus molekul\u00e1ris mechanikai er\u0151tereken alapul\u00f3 molekuladinamikai szimul\u00e1ci\u00f3k (klasszikus MD). [9],<\/sup> kvantummechanika (QM) [10] \u00e9s<\/sup> kombin\u00e1lt kvantummechanikai\/molekulamechanikai (QM\/MM) m\u00f3dszerek [8,11-12],<\/sup> molekul\u00e1k k\u00f6z\u00f6tti komplexek el\u0151rejelz\u00e9se, azaz molekul\u00e1ris dokkol\u00e1s (Docking) [13], \u00e9s<\/sup> polariz\u00e1lhat\u00f3 kontinuum modell (PCM) az elektrosztatikus \u00e9s old\u00f3szer hat\u00e1sok sz\u00e1mszer\u0171s\u00edt\u00e9s\u00e9re [ 14].<\/sup> ), mint p\u00e9ld\u00e1ul a Poisson-Boltzmann-modell (PB) [14],<\/sup> \u00e9s n\u00e9h\u00e1ny geometriai tulajdons\u00e1gokon alapul\u00f3 modell. Ebben a tanulm\u00e1nyban k\u00e9t szempontb\u00f3l adunk \u00e1ttekint\u00e9st az egyes m\u00f3dszerekr\u0151l: el\u0151sz\u00f6r magukr\u00f3l a m\u00f3dszerekr\u0151l, bele\u00e9rtve az alapelveket, az eredeti sz\u00e1m\u00edt\u00e1si eredm\u00e9nyeket, az alkalmazhat\u00f3s\u00e1gi felt\u00e9teleket, a (lehets\u00e9ges) el\u0151ny\u00f6ket \u00e9s h\u00e1tr\u00e1nyokat stb.; m\u00e1sodszor pedig arr\u00f3l, hogyan lehet ezeket a m\u00f3dszereket felhaszn\u00e1lni a m\u00e9rn\u00f6ki szempontb\u00f3l fontos inform\u00e1ci\u00f3k megszerz\u00e9s\u00e9re, p\u00e9ld\u00e1ul a katalitikusan relev\u00e1ns mechanizmusok m\u00e9lyebb meg\u00e9rt\u00e9s\u00e9re, elm\u00e9leti el\u0151rejelz\u00e9sekre vagy magyar\u00e1zatokra a k\u00fcl\u00f6nb\u00f6z\u0151 mut\u00e1nsok tulajdons\u00e1gaiban vagy funkci\u00f3iban a vad t\u00edpushoz k\u00e9pest bek\u00f6vetkez\u0151 v\u00e1ltoz\u00e1sokr\u00f3l, amelyek ir\u00e1ny\u00edtott evol\u00faci\u00f3hoz sz\u00fcks\u00e9ges, j\u00f3 min\u0151s\u00e9g\u0171 mut\u00e1ci\u00f3s k\u00f6nyvt\u00e1rak tervez\u00e9s\u00e9hez, vagy j\u00f3 min\u0151s\u00e9g\u0171 mut\u00e1ci\u00f3s k\u00f6nyvt\u00e1rak tervez\u00e9s\u00e9hez, vagy mut\u00e1ci\u00f3s bankok tervez\u00e9s\u00e9hez, vagy a nyers sz\u00e1m\u00edt\u00e1si eredm\u00e9nyek elemz\u00e9se alapj\u00e1n konkr\u00e9t mut\u00e1ci\u00f3s helyek \u00e9s mut\u00e1ci\u00f3s t\u00edpusok javaslata stb. alapj\u00e1n.<\/p>\n
\n\u2206VMM<\/em><\/sup><\/i> = VMM<\/em><\/sup><\/i> ( X2<\/sub> ) – VMM<\/em><\/sup><\/i> ( X1<\/sub> ).
\nA termodinamikai elm\u00e9let szerint a molekul\u00e1ban l\u00e9v\u0151 atomok mindig h\u0151mozg\u00e1sban vannak, azaz, X<\/em><\/i> folyamatosan v\u00e1ltozik az id\u0151vel; r\u00e1ad\u00e1sul amikor k\u00eds\u00e9rleti megfigyel\u00e9seket v\u00e9gz\u00fcnk, a minta mindig nagysz\u00e1m\u00fa molekul\u00e1b\u00f3l \u00e1ll (az egymolekul\u00e1s k\u00eds\u00e9rletek kiv\u00e9tel\u00e9vel), \u00e9s a k\u00fcl\u00f6nb\u00f6z\u0151 molekul\u00e1k k\u00fcl\u00f6nb\u00f6z\u0151 konform\u00e1ci\u00f3s \u00e1llapotokban vannak. Ez\u00e9rt kinetikai szempontb\u00f3l figyelembe kell venn\u00fcnk a konform\u00e1ci\u00f3 id\u0151beli v\u00e1ltoz\u00e1s\u00e1t, termodinamikai szempontb\u00f3l pedig a k\u00fcl\u00f6nb\u00f6z\u0151 konform\u00e1ci\u00f3s \u00e1llapot\u00fa molekul\u00e1k val\u00f3sz\u00edn\u0171s\u00e9gi eloszl\u00e1s\u00e1t. A molekuladinamikai szimul\u00e1ci\u00f3 (MD) a legegyszer\u0171bb modell a tulajdons\u00e1gok e k\u00e9t aspektus\u00e1nak vizsg\u00e1lat\u00e1ra (1B. \u00e1bra). Az MD-szimul\u00e1ci\u00f3ban egy kezdeti konform\u00e1ci\u00f3b\u00f3l indulunk ki, minden egyes id\u0151pontban kisz\u00e1m\u00edtjuk az egyes atomokra hat\u00f3 er\u0151t az aktu\u00e1lis konform\u00e1ci\u00f3 \u00e9s a potenci\u00e1lis energiaf\u00fcggv\u00e9ny alapj\u00e1n (az er\u0151 a potenci\u00e1lis energiaf\u00fcggv\u00e9ny negat\u00edv deriv\u00e1ltja az atomok koordin\u00e1t\u00e1i tekintet\u00e9ben), numerikusan integr\u00e1ljuk Newton mozg\u00e1segyenleteit, hogy megkapjuk a konform\u00e1ci\u00f3t a k\u00f6vetkez\u0151 id\u0151pontban, \u00e9s megism\u00e9telj\u00fck a folyamatot, hogy megkapjuk a konform\u00e1ci\u00f3 id\u0151beli fejl\u0151d\u00e9s\u00e9nek p\u00e1ly\u00e1j\u00e1t.
\nA kett\u0151 k\u00f6z\u00f6tt speci\u00e1lis algoritmusok seg\u00edts\u00e9g\u00e9vel szimul\u00e1lhat\u00f3 a k\u00f6rnyezeti t\u00e9nyez\u0151k (pl. h\u0151m\u00e9rs\u00e9klet, nyom\u00e1s stb.) hat\u00e1sa a molekul\u00e1k mozg\u00e1s\u00e1ra. A termodinamikai elv szerint, ha az id\u0151intervallum el\u00e9g hossz\u00fa, akkor az azonos molekula k\u00fcl\u00f6nb\u00f6z\u0151 id\u0151pontokban kialakul\u00f3 konform\u00e1ci\u00f3j\u00e1nak \u00e9s a termodinamikai egyens\u00falyi \u00e1llapotban l\u00e9v\u0151 k\u00fcl\u00f6nb\u00f6z\u0151 molekul\u00e1k konform\u00e1ci\u00f3j\u00e1nak val\u00f3sz\u00edn\u0171s\u00e9gi eloszl\u00e1sa megegyezik (azaz az id\u0151\u00e1tlagol\u00e1s egyen\u00e9rt\u00e9k\u0171 a rendszer\u00e1tlagol\u00e1ssal). Ez\u00e9rt, ha az MD-szimul\u00e1ci\u00f3t el\u00e9g hossz\u00fa ideig v\u00e9gezz\u00fck, a szimul\u00e1ci\u00f3b\u00f3l kapott konform\u00e1ci\u00f3k halmaza egy adott termodinamikai egyens\u00falyi \u00e1llapotban a molekulakonform\u00e1ci\u00f3k eloszl\u00e1s\u00e1nak mint\u00e1jak\u00e9nt haszn\u00e1lhat\u00f3. Ezen elv alapj\u00e1n az MD-vel kapott id\u0151beli trajekt\u00f3ri\u00e1k alapj\u00e1n elemezhetj\u00fck egy rendszer tetsz\u0151leges megfigyelhet\u0151 tulajdons\u00e1gait a termodinamikai egyens\u00falyi \u00e1llapotban.
\nAz MD hat\u00e9kony sz\u00e1m\u00edt\u00e1si eszk\u00f6zt biztos\u00edt a konform\u00e1ci\u00f3s v\u00e1ltoz\u00e1sok kinetikai v\u00e1ltoz\u00e1sainak \u00e9s fontos mikroszkopikus kvantumtermodinamikai eloszl\u00e1sainak \u00e1tfog\u00f3, atomi felbont\u00e1s\u00fa elemz\u00e9s\u00e9hez, ami k\u00fcl\u00f6n\u00f6sen fontos a komplex biomolekul\u00e1ris g\u00e9pek, p\u00e9ld\u00e1ul az enzimek tervez\u00e9si elveinek \u00e9s m\u0171k\u00f6d\u00e9si mechanizmusainak felt\u00e1r\u00e1s\u00e1hoz. Mivel a makromolekul\u00e1ris szerkezetelemz\u00e9s jelenlegi k\u00eds\u00e9rleti m\u00f3dszerei csak t\u00e9r-id\u0151ben \u00e1tlagolt statikus szerkezeteket tudnak szolg\u00e1ltatni, az MD-szimul\u00e1ci\u00f3k p\u00f3tolhatatlan funkci\u00f3t t\u00f6ltenek be a kapcsol\u00f3d\u00f3 kutat\u00e1sokban. Ezen el\u0151felt\u00e9telez\u00e9s alapj\u00e1n maga az MD eszk\u00f6z m\u00e9g mindig a folyamatos fejleszt\u00e9s \u00e9s finom\u00edt\u00e1s folyamat\u00e1ban van. M\u00f3dszertanilag az MD f\u0151 korl\u00e1tai k\u00e9t szempontb\u00f3l jelentkeznek: el\u0151sz\u00f6r is, a molekul\u00e1ris er\u0151t\u00e9rmodell pontoss\u00e1ga; m\u00e1sodszor, a korl\u00e1tozott szimul\u00e1ci\u00f3s id\u0151 megnehez\u00edti a konform\u00e1ci\u00f3s t\u00e9r teljes mintav\u00e9telez\u00e9s\u00e9t. Az els\u0151 probl\u00e9ma tekintet\u00e9ben a molekul\u00e1ris er\u0151t\u00e9r az elm\u00falt \u00e9vekben jelent\u0151sen javult, \u00e9s a biol\u00f3giai makromolekul\u00e1k, k\u00fcl\u00f6n\u00f6sen a feh\u00e9rjerendszerek konform\u00e1ci\u00f3s egyens\u00faly\u00e1nak termodinamikai le\u00edr\u00e1s\u00e1nak pontoss\u00e1ga n\u0151tt, sikeresen szimul\u00e1lva a k\u00fcl\u00f6nb\u00f6z\u0151 feh\u00e9rjemolekul\u00e1kat a fejhajtogat\u00e1s folyamat\u00e1t\u00f3l a term\u00e9szetes szerkezetig. [15-16].<\/sup> Ami a szimul\u00e1ci\u00f3s id\u0151t illeti, a sz\u00e1m\u00edt\u00f3g\u00e9pes hardverek \u00e9s szoftverek fejl\u0151d\u00e9s\u00e9nek k\u00f6sz\u00f6nhet\u0151en ma m\u00e1r a szok\u00e1sos m\u00e9ret\u0171 rendszerek (pl. t\u00f6bb sz\u00e1z marad\u00e9kb\u00f3l \u00e1ll\u00f3 enzimmolekul\u00e1k vizes oldatban) eset\u00e9ben a hagyom\u00e1nyos sz\u00e1m\u00edt\u00e1stechnikai hardverek (pl. a csoport \u00e1ltal haszn\u00e1lt t\u00f6bbmagos szerverek) seg\u00edts\u00e9g\u00e9vel mikroszekundumos nagys\u00e1grend\u0171 szimul\u00e1ci\u00f3kat lehet v\u00e9gezni. Ezen az id\u0151sk\u00e1l\u00e1n olyan folyamatok figyelhet\u0151k meg, mint a szerkezeti dom\u00e9nek vagy gy\u0171r\u0171s r\u00e9gi\u00f3k nyit\u00e1sa \u00e9s z\u00e1r\u00e1sa. Ha t\u00f6bb sz\u00e1m\u00edt\u00e1si er\u0151forr\u00e1s \u00e1ll rendelkez\u00e9sre, olyan folyamatok k\u00f6zvetlen szimul\u00e1ci\u00f3ja is megval\u00f3s\u00edthat\u00f3, mint a szubsztr\u00e1tk\u00f6t\u00e9s\/dissoci\u00e1ci\u00f3. A szimul\u00e1ci\u00f3 hat\u00f3k\u00f6r\u00e9n t\u00fali id\u0151sk\u00e1l\u00e1n zajl\u00f3 folyamatok (pl. alloszt\u00e9rikus feh\u00e9rj\u00e9k nagyl\u00e9pt\u00e9k\u0171 funkcion\u00e1lis v\u00e1ltoz\u00e1sai stb.) tanulm\u00e1nyoz\u00e1s\u00e1ra fokozott mintav\u00e9teli m\u00f3dszerek alkalmazhat\u00f3k [17],<\/sup> felt\u00e9ve, hogy a felhaszn\u00e1l\u00f3 alaposabban ismeri az MD elm\u00e9let\u00e9t.
\nJelenleg a legt\u00f6bb MD-szimul\u00e1ci\u00f3s alkalmaz\u00e1s nanoszekundumt\u00f3l a mikroszekundumig terjed\u0151 id\u0151sk\u00e1l\u00e1kat fed le, \u00e9s a konform\u00e1ci\u00f3s t\u00e9r mintav\u00e9tele t\u00f6bbnyire a kezdeti szerkezet k\u00f6rny\u00e9k\u00e9re korl\u00e1toz\u00f3dik (egydom\u00e9nes feh\u00e9rj\u00e9k eset\u00e9ben ez \u00e1ltal\u00e1ban a 3-4 \u00c5 tartom\u00e1nyba es\u0151 struktur\u00e1lis n\u00e9gyzetes k\u00f6z\u00e9p\u00e9rt\u00e9k-eltol\u00f3d\u00e1s (RMS) emelked\u00e9se \u00e9s cs\u00f6kken\u00e9se). Ez\u00e9rt ahhoz, hogy a szimul\u00e1ci\u00f3s eredm\u00e9nyek \u00e9rtelmezhet\u0151ek legyenek, \u00e9sszer\u0171 kezdeti szerkezetet kell haszn\u00e1lni az MD bemenetk\u00e9nt. A legt\u00f6bb esetben k\u00eds\u00e9rletileg meghat\u00e1rozott krist\u00e1lyszerkezeteket vagy homol\u00f3g feh\u00e9rj\u00e9k \u00f6sszehasonl\u00edt\u00f3 modellez\u00e9s\u00e9n alapul\u00f3 szerkezeteket haszn\u00e1lnak MD kiindul\u00e1si szerkezetk\u00e9nt. Enzim-szubsztr\u00e1t komplexek szimul\u00e1ci\u00f3jakor gyakran sz\u00fcks\u00e9ges a komplex kezdeti szerkezet\u00e9t az \u00fcres enzim vagy az enzim m\u00e1s molekul\u00e1kkal alkotott komplexben l\u00e9v\u0151 enzim szerkezete alapj\u00e1n modellezni, ak\u00e1r molekul\u00e1ris dokkol\u00e1ssal, ak\u00e1r a krist\u00e1lyszerkezetben l\u00e9v\u0151 egy\u00e9b kismolekul\u00e1k (pl. inhibitorok) szubsztr\u00e1ttal val\u00f3 k\u00f6zvetlen helyettes\u00edt\u00e9s\u00e9vel. Az MD-szimul\u00e1ci\u00f3khoz egy olyan molekul\u00e1ris er\u0151t\u00e9r megalkot\u00e1s\u00e1ra is sz\u00fcks\u00e9g van, amely a rendszer \u00f6sszes k\u00e9miai egys\u00e9g\u00e9t \u00e1br\u00e1zolja. Ha a szimul\u00e1land\u00f3 rendszerben egy kis molekula szubsztr\u00e1tk\u00e9nt szerepel, gyakran el\u0151fordul, hogy az MD szoftvercsomagban biztos\u00edtott standard molekul\u00e1ris er\u0151t\u00e9r nem fedi le a kis molekul\u00e1t mint szubsztr\u00e1tot. Ebben az esetben olyan eszk\u00f6zszoftvereket lehet haszn\u00e1lni, amelyek automatikusan k\u00e9pesek kis molekul\u00e1khoz val\u00f3 er\u0151tereket gener\u00e1lni. [18-19].<\/sup> Az er\u0151t\u00e9rf\u00e1jlokat k\u00e9zzel kell ellen\u0151rizni \u00e9s r\u00f6vid szimul\u00e1ci\u00f3s pr\u00f3b\u00e1khoz haszn\u00e1lni, miel\u0151tt az automatikusan gener\u00e1lt er\u0151t\u00e9rf\u00e1jlokat hossz\u00fa MD-szimul\u00e1ci\u00f3khoz haszn\u00e1ln\u00e1.<\/p>\n
\n1. \u00e1bra Molekulamechanikai er\u0151t\u00e9r (A) \u00e9s molekuladinamikai szimul\u00e1ci\u00f3 (B)<\/p>\n
\nA stabilit\u00e1s mellett az MD-t alkalmazt\u00e1k olyan hotspot-maradv\u00e1nyok el\u0151rejelz\u00e9s\u00e9re is, amelyek jelent\u0151sen befoly\u00e1solhatj\u00e1k a szubsztr\u00e1tk\u00f6t\u00e9shez\/term\u00e9kfelszabadul\u00e1shoz kapcsol\u00f3d\u00f3 konform\u00e1ci\u00f3s dinamik\u00e1t, \u00e9s \u00edgy alapot szolg\u00e1ltatnak olyan mut\u00e1ci\u00f3k vagy mut\u00e1nsk\u00f6nyvt\u00e1rak tervez\u00e9s\u00e9hez, amelyek megv\u00e1ltoztathatj\u00e1k a szubsztr\u00e1t-szelektivit\u00e1st, a reakci\u00f3szelektivit\u00e1st, a term\u00e9kfelszabadul\u00e1s sebess\u00e9g\u00e9t stb. [31-32].<\/sup> A szubsztr\u00e1t\/reakci\u00f3 szelektivit\u00e1s MD-vel t\u00f6rt\u00e9n\u0151 vizsg\u00e1lat\u00e1nak egyik m\u00f3dja az, hogy \u00f6sszehasonl\u00edtjuk a k\u00fcl\u00f6nb\u00f6z\u0151 (kezdeti szerkezet\u0171) enzim-szubsztr\u00e1t komplexek szimul\u00e1ci\u00f3s eredm\u00e9nyeit, \u00e9s megj\u00f3soljuk a nagyobb affinit\u00e1s\u00fa (vagy nagyobb reakci\u00f3k\u00e9pess\u00e9g\u0171) szubsztr\u00e1t vagy szerkezeti \u00e1llapotokat. Az affinit\u00e1s (vagy reaktivit\u00e1s) kisz\u00e1m\u00edt\u00e1s\u00e1nak szigor\u00fa kvantitat\u00edv m\u00f3dszere a szabadenergia-sz\u00e1m\u00edt\u00e1s. [33-34].<\/sup> A szabadenergia-sz\u00e1m\u00edt\u00e1sok sz\u00e1m\u00edt\u00e1sig\u00e9nyes jellege miatt a legt\u00f6bb jelenlegi alkalmaz\u00e1s kvalitat\u00edv m\u00f3dszereket haszn\u00e1l az el\u0151rejelz\u00e9shez: a relat\u00edv affinit\u00e1s kvalitat\u00edv megk\u00fcl\u00f6nb\u00f6ztet\u00e9se alapulhat a kis molekula-makromolekula komplexek szerkezet\u00e9nek stabilit\u00e1s\u00e1n, az \u00e1tlagos intermolekul\u00e1ris k\u00f6lcs\u00f6nhat\u00e1si energi\u00e1n stb., m\u00edg a reaktivit\u00e1s kvalitat\u00edv megk\u00fcl\u00f6nb\u00f6ztet\u00e9se a katalitikus \u00e9s reakt\u00edv funkci\u00f3s csoportok relat\u00edv geometriai konfigur\u00e1ci\u00f3s eloszl\u00e1s\u00e1n stb. alapul. [35].<\/sup> Az ilyen min\u0151s\u00e9gi megk\u00fcl\u00f6nb\u00f6ztet\u00e9s eredm\u00e9nyei alapul szolg\u00e1lhatnak az ir\u00e1ny\u00edtott evol\u00faci\u00f3s szekvenci\u00e1k k\u00f6nyvt\u00e1rainak tervez\u00e9s\u00e9hez. Ezenk\u00edv\u00fcl az MD-szimul\u00e1ci\u00f3k a szubsztr\u00e1tk\u00f6t\u0151\/term\u00e9k-diszoci\u00e1ci\u00f3s p\u00f3rus k\u00f6r\u00fcli hotspot-marad\u00e9kok elemz\u00e9s\u00e9re is felhaszn\u00e1lhat\u00f3k. [36-37].<\/sup> Az ilyen t\u00edpus\u00fa alkalmaz\u00e1sok a kis molekul\u00e1k feh\u00e9rj\u00e9kb\u0151l t\u00f6rt\u00e9n\u0151 disszoci\u00e1ci\u00f3s \u00fatvonalainak szimul\u00e1ci\u00f3j\u00e1t foglalj\u00e1k magukban, \u00e9s ha a szimul\u00e1ci\u00f3s id\u0151sk\u00e1l\u00e1k el\u00e9gtelens\u00e9ge miatt neh\u00e9zs\u00e9gek mer\u00fclnek fel, akkor ezeket a neh\u00e9zs\u00e9geket fokozott mintav\u00e9teli technik\u00e1kkal lehet \u00e1thidalni. [38-39].<\/sup><\/p>\n
\nEgy molekula geometriai konfigur\u00e1ci\u00f3j\u00e1nak ismeret\u00e9ben az energi\u00e1ja a QM seg\u00edts\u00e9g\u00e9vel kisz\u00e1m\u00edthat\u00f3. Ezt nevezz\u00fck egypontos sz\u00e1m\u00edt\u00e1snak (azaz a geometriai konfigur\u00e1ci\u00f3s t\u00e9r egyetlen pontj\u00e1val foglalkozik.) A QM modellt gyakrabban haszn\u00e1lj\u00e1k molekul\u00e1ris geometri\u00e1k optimaliz\u00e1l\u00e1s\u00e1ra, azaz arra, hogy egy kezdeti konfigur\u00e1ci\u00f3t\u00f3l val\u00f3 egym\u00e1st k\u00f6vet\u0151 v\u00e1ltoztat\u00e1sok ut\u00e1n megtal\u00e1lj\u00e1k a lok\u00e1lisan stabil (a szomsz\u00e9dos szerkezetekn\u00e9l alacsonyabb energi\u00e1j\u00fa) szerkezetet, vagy hogy megtal\u00e1lj\u00e1k a reakt\u00e1nsokat a term\u00e9kekkel \u00f6sszek\u00f6t\u0151, legkisebb energi\u00e1j\u00fa p\u00e1ly\u00e1kat \u00e9s a p\u00e1ly\u00e1k ment\u00e9n az \u00e1tmeneti \u00e1llapotokat. Ezek a sz\u00e1m\u00edt\u00e1sok sz\u00e1m\u00edt\u00e1sig\u00e9nyesek, mivel k\u00fcl\u00f6nb\u00f6z\u0151 geometriai konfigur\u00e1ci\u00f3kat kell figyelembe venni \u00e9s \u00f6sszehasonl\u00edtani, \u00e9s jellemz\u0151en t\u00f6bb t\u00edz-ezer egypontos sz\u00e1m\u00edt\u00e1st kell elv\u00e9gezni. A sz\u00e1m\u00edt\u00e1si er\u0151fesz\u00edt\u00e9sek megtakar\u00edt\u00e1sa \u00e9rdek\u00e9ben gyakori strat\u00e9gia, hogy el\u0151sz\u00f6r a reakci\u00f3\u00fatkeres\u00e9sek sz\u00e9les sk\u00e1l\u00e1j\u00e1t optimaliz\u00e1lj\u00e1k hat\u00e9kony, korl\u00e1tozott pontoss\u00e1g\u00fa QM-modellekkel, majd a keresett legalacsonyabb energi\u00e1j\u00fa konfigur\u00e1ci\u00f3\/\u00fatvonal k\u00f6zel\u00e9ben nagyobb pontoss\u00e1g\u00fa modellekkel v\u00e9gzik el a konfigur\u00e1ci\u00f3optimaliz\u00e1l\u00e1st, vagy egypontos sz\u00e1m\u00edt\u00e1sokat v\u00e9geznek.
\nJelenleg az els\u0151 elvi QM-m\u00f3dszerek alkalmaz\u00e1sa a teljes enzimmolekul\u00e1ra sz\u00e1m\u00edt\u00e1sig\u00e9nyes, alapvet\u0151en az egypontos sz\u00e1m\u00edt\u00e1sokra korl\u00e1toz\u00f3dik, \u00e9s m\u00e9g mindig nem el\u00e9g gyakorlatias. A QM\/MM modellt (2. \u00e1bra) \u00e1ltal\u00e1ban nagy molekul\u00e1k eset\u00e9ben haszn\u00e1lj\u00e1k. [11].<\/sup> Ebben a modellben a molekul\u00e1ris rendszert legal\u00e1bb k\u00e9t r\u00e9szre osztj\u00e1k: a k\u00e9miai reakci\u00f3ban k\u00f6zvetlen\u00fcl r\u00e9szt vev\u0151 r\u00e9szt a QM-modellel, a t\u00f6bbit pedig a molekul\u00e1ris mechanik\u00e1val (MM) kezelik. A QM-MM hat\u00e1rok \u00e9s k\u00f6lcs\u00f6nhat\u00e1sok kezel\u00e9s\u00e9re t\u00f6bbf\u00e9le strat\u00e9gia l\u00e9tezik [41].<\/sup> Az els\u0151 elvi QM\/MM modellekben a QM sz\u00e1m\u00edt\u00e1sok sokkal k\u00f6lts\u00e9gesebbek, mint az MM. ez\u00e9rt a konform\u00e1ci\u00f3s optimaliz\u00e1ci\u00f3s m\u00f3dszereket legink\u00e1bb a QM r\u00e9gi\u00f3ra haszn\u00e1lj\u00e1k annak geometri\u00e1j\u00e1nak el\u0151rejelz\u00e9s\u00e9re vagy szimul\u00e1ci\u00f3j\u00e1ra, \u00e9s molekuladinamikai szimul\u00e1ci\u00f3kat haszn\u00e1lhatnak az MM r\u00e9sz mintav\u00e9telez\u00e9s\u00e9re. [42].<\/sup> Ez azt jelenti, hogy a sz\u00e1m\u00edt\u00e1si eredm\u00e9nyek \u00e9rz\u00e9kenyebbek lehetnek a rendszer QM r\u00e9gi\u00f3j\u00e1nak kezdeti szerkezet\u00e9re. Ebben az esetben k\u00fcl\u00f6nb\u00f6z\u0151 kezdeti szerkezeti modellekkel v\u00e9gzett sz\u00e1m\u00edt\u00e1sok sz\u00fcks\u00e9gesek a megb\u00edzhat\u00f3 eredm\u00e9nyek el\u00e9r\u00e9s\u00e9hez. Ha a f\u00e9lempirikus m\u00f3dszerek [43] vagy<\/sup> empirikus valencia k\u00f6t\u00e9s elm\u00e9letek [44-45]<\/sup> a QM r\u00e9szhez haszn\u00e1lj\u00e1k ,<\/sup> lehets\u00e9ges lehet a konform\u00e1ci\u00f3s t\u00e9r teljesebb felt\u00e1r\u00e1sa \u00e9s a kezdeti szerkezet hat\u00e1s\u00e1nak cs\u00f6kkent\u00e9se hosszabb QM\/MM MD mintav\u00e9telez\u00e9ssel.<\/p>\n
\n2. \u00e1bra Kvantummechanikai (QM)\/molekul\u00e1ris mechanikai (MM) modell.<\/p>\n
\nAz egyszer\u0171bb kezel\u00e9s \u00e9rdek\u00e9ben a rejtett old\u00f3szer modellben \u00e1ltal\u00e1ban elk\u00fcl\u00f6n\u00edtj\u00fck a nem pol\u00e1ris old\u00f3szer hat\u00e1s\u00e1t (hidrof\u00f3b hat\u00e1s) a pol\u00e1ris old\u00f3szer hat\u00e1s\u00e1t\u00f3l. A tapasztalat azt mutatja, hogy egy nem pol\u00e1ros oldott anyag szolvat\u00e1ci\u00f3j\u00e1nak szabad energi\u00e1ja ar\u00e1nyos az old\u00f3szerrel hozz\u00e1f\u00e9rhet\u0151 fel\u00fclet\u00e9vel (SASA). Ez\u00e9rt ehhez az \u00f6sszetev\u0151h\u00f6z gyakran a SASA szolvat\u00e1ci\u00f3s modellt haszn\u00e1lj\u00e1k. E modell param\u00e9terei k\u00f6z\u00e9 tartoznak a SASA kisz\u00e1m\u00edt\u00e1s\u00e1hoz sz\u00fcks\u00e9ges atomi sugarak, az old\u00f3szer-molekula sugara (v\u00edzmolekul\u00e1k eset\u00e9ben 1,4 \u00c5) \u00e9s a SASA-val ar\u00e1nyos szolvat\u00e1ci\u00f3s szabadenergia ar\u00e1nyoss\u00e1gi \u00e1lland\u00f3ja. Ezeket a param\u00e9tereket \u00e1ltal\u00e1ban a kis molekul\u00e1k szolvat\u00e1ci\u00f3s szabad energi\u00e1j\u00e1nak k\u00eds\u00e9rleti \u00e9rt\u00e9keire val\u00f3 illeszt\u00e9ssel hat\u00e1rozz\u00e1k meg.
\nA pol\u00e1ris old\u00f3szerhat\u00e1sok figyelembev\u00e9tel\u00e9re leggyakrabban haszn\u00e1lt modellek az old\u00f3szer \u00e1ltal elfoglalt ter\u00fcletet folytonos k\u00f6zegk\u00e9nt kezelik, amelynek fajlagos dielektromos \u00e1lland\u00f3ja (v\u00edz eset\u00e9ben 78,4), az oldott anyag ter\u00fclet\u00e9t pedig alacsony dielektromos \u00e1lland\u00f3j\u00fa (\u00e1ltal\u00e1ban 2-8 \u00e9rt\u00e9k\u0171) k\u00f6zegk\u00e9nt vagy v\u00e1kuumk\u00e9nt (1 dielektromos \u00e1lland\u00f3) (3A. \u00e1bra). A folytonos k\u00f6zeget polariz\u00e1lja az oldott anyag tartom\u00e1nyban l\u00e9v\u0151 t\u00f6lt\u00e9seloszl\u00e1s \u00e1ltal l\u00e9trehozott elektrosztatikus mez\u0151, \u00e9s az \u00edgy l\u00e9trej\u00f6v\u0151 polariz\u00e1lt t\u00f6lt\u00e9seloszl\u00e1s viszont elektrosztatikus mez\u0151t hoz l\u00e9tre az oldott anyag tartom\u00e1nyban, amely az oldott anyag t\u00f6lt\u00e9s\u00e9re hat. A polariz\u00e1lt t\u00f6lt\u00e9sek \u00e1ltal l\u00e9trehozott elektromos mez\u0151t reakci\u00f3mez\u0151nek nevezz\u00fck. Ez\u00e9rt az elektrosztatikus folytonos k\u00f6zeg modellt reakci\u00f3mez\u0151 modellnek is nevezik. A folytonos k\u00f6zeg modellben, ahol az old\u00f3szer tartom\u00e1nyban nincsenek szabad ionok, a t\u00e9rbeli elektrosztatikus potenci\u00e1l \u00e9s a t\u00e9rbeli t\u00f6lt\u00e9seloszl\u00e1s k\u00f6z\u00f6tti kapcsolat kiel\u00e9g\u00edti a Poisson-egyenletet. Szabad ionokat tartalmaz\u00f3 oldatk\u00f6rnyezet eset\u00e9n az ionok t\u00e9rbeli eloszl\u00e1s\u00e1t a t\u00e9rbeli elektrosztatikus potenci\u00e1l befoly\u00e1solja. Ezt a t\u00e9nyez\u0151t figyelembe v\u00e9ve a t\u00e9rbeli elektrosztatikus potenci\u00e1l \u00e9s a t\u00e9rbeli t\u00f6lt\u00e9seloszl\u00e1s k\u00f6z\u00f6tti kapcsolat a Poisson-Boltzmann-egyenletet (PB-egyenlet) el\u00e9g\u00edti ki.A PB-egyenlet egy r\u00e9szleges differenci\u00e1legyenlet, amely az elektrosztatikus potenci\u00e1l eloszl\u00e1sa, valamint a t\u00f6lt\u00e9s \u00e9s a dielektrikum h\u00e1romdimenzi\u00f3s t\u00e9rben val\u00f3 eloszl\u00e1sa k\u00f6z\u00f6tti kapcsolatra vonatkozik, \u00e9s numerikusan megoldhat\u00f3. A PB-egyenlet megold\u00e1s\u00e1nak legelterjedtebb numerikus m\u00f3dszere makromolekul\u00e1ris rendszerek, p\u00e9ld\u00e1ul enzimek eset\u00e9ben a v\u00e9ges differenci\u00e1k m\u00f3dszere (FD), amelyet egy\u00fcttesen FDPB-modellnek neveznek (3B. \u00e1bra). [14].<\/sup> Az FDPB seg\u00edts\u00e9g\u00e9vel h\u00e1rom dimenzi\u00f3ban kisz\u00e1m\u00edthat\u00f3 az elektrosztatikus potenci\u00e1l az oldott anyag t\u00e9rbeli t\u00f6lt\u00e9seloszl\u00e1sa alapj\u00e1n, ami viszont lehet\u0151v\u00e9 teszi m\u00e1s tulajdons\u00e1gok, p\u00e9ld\u00e1ul az elektrosztatikus szabad energia kisz\u00e1m\u00edt\u00e1s\u00e1t. A kis molekul\u00e1j\u00fa rendszerek QM-sz\u00e1m\u00edt\u00e1saiban a reakci\u00f3mez\u0151t gyakran egyen\u00e9rt\u00e9k\u0171en a molekula fel\u00fclet\u00e9n l\u00e9v\u0151 fel\u00fcleti t\u00f6lt\u00e9seloszl\u00e1s \u00e1ltal l\u00e9trehozott elektromos mez\u0151vel helyettes\u00edtik, \u00e9s a megfelel\u0151 modellt polariz\u00e1lhat\u00f3 folytonos k\u00f6zeg (PCM) modellnek nevezik.
\nA pol\u00e1ris old\u00f3szerhat\u00e1sok figyelembev\u00e9tel\u00e9re leggyakrabban haszn\u00e1lt modell az old\u00f3szer \u00e1ltal elfoglalt ter\u00fcletet folyamatos k\u00f6zegk\u00e9nt kezeli, amelynek fajlagos dielektromos \u00e1lland\u00f3ja (v\u00edz eset\u00e9ben 78,4) van, m\u00edg az oldott anyag r\u00e9gi\u00f3j\u00e1t \u00fagy kezeli, mintha azt alacsony dielektromos \u00e1lland\u00f3j\u00fa (\u00e1ltal\u00e1ban 2-8 \u00e9rt\u00e9k\u0171) k\u00f6zeg vagy v\u00e1kuum (1 dielektromos \u00e1lland\u00f3) foglaln\u00e1 el (3A \u00e1bra). A folytonos k\u00f6zeget polariz\u00e1lja az oldott anyag tartom\u00e1nyban l\u00e9v\u0151 t\u00f6lt\u00e9seloszl\u00e1s \u00e1ltal l\u00e9trehozott elektrosztatikus mez\u0151, \u00e9s az \u00edgy keletkez\u0151 polariz\u00e1lt t\u00f6lt\u00e9seloszl\u00e1s viszont elektrosztatikus mez\u0151t hoz l\u00e9tre az oldott anyag tartom\u00e1nyban, amely az oldott anyag t\u00f6lt\u00e9s\u00e9re hat. A polariz\u00e1lt t\u00f6lt\u00e9sek \u00e1ltal l\u00e9trehozott elektromos mez\u0151t reakci\u00f3mez\u0151nek nevezz\u00fck. Ez\u00e9rt az elektrosztatikus folytonos k\u00f6zeg modellt reakci\u00f3mez\u0151 modellnek is nevezik. A folytonos k\u00f6zeg modellben, ahol az old\u00f3szer tartom\u00e1nyban nincsenek szabad ionok, a t\u00e9rbeli elektrosztatikus potenci\u00e1l \u00e9s a t\u00e9rbeli t\u00f6lt\u00e9seloszl\u00e1s k\u00f6z\u00f6tti kapcsolat kiel\u00e9g\u00edti a Poisson-egyenletet. Szabad ionokat tartalmaz\u00f3 oldatk\u00f6rnyezet eset\u00e9n az ionok t\u00e9rbeli eloszl\u00e1s\u00e1t a t\u00e9rbeli elektrosztatikus potenci\u00e1l befoly\u00e1solja. Ezt a t\u00e9nyez\u0151t figyelembe v\u00e9ve a t\u00e9rbeli elektrosztatikus potenci\u00e1l \u00e9s a t\u00e9rbeli t\u00f6lt\u00e9seloszl\u00e1s k\u00f6z\u00f6tti kapcsolat a Poisson-Boltzmann-egyenletet (PB-egyenlet) el\u00e9g\u00edti ki.A PB-egyenlet egy r\u00e9szleges differenci\u00e1legyenlet, amely az elektrosztatikus potenci\u00e1l eloszl\u00e1sa, valamint a t\u00f6lt\u00e9s \u00e9s a dielektrikum h\u00e1romdimenzi\u00f3s t\u00e9rben val\u00f3 eloszl\u00e1sa k\u00f6z\u00f6tti kapcsolatra vonatkozik, \u00e9s numerikusan megoldhat\u00f3. A PB-egyenlet megold\u00e1s\u00e1nak legelterjedtebb numerikus m\u00f3dszere makromolekul\u00e1ris rendszerek, p\u00e9ld\u00e1ul enzimek eset\u00e9ben a v\u00e9ges differenci\u00e1k m\u00f3dszere (FD), amelyet egy\u00fcttesen FDPB-modellnek neveznek (3B. \u00e1bra). [14].<\/sup> Az FDPB seg\u00edts\u00e9g\u00e9vel h\u00e1rom dimenzi\u00f3ban kisz\u00e1m\u00edthat\u00f3 az elektrosztatikus potenci\u00e1l az oldott anyag t\u00e9rbeli t\u00f6lt\u00e9seloszl\u00e1sa alapj\u00e1n, ami viszont lehet\u0151v\u00e9 teszi m\u00e1s tulajdons\u00e1gok, p\u00e9ld\u00e1ul az elektrosztatikus szabad energia kisz\u00e1m\u00edt\u00e1s\u00e1t. A kis molekul\u00e1ris rendszerek QM-sz\u00e1m\u00edt\u00e1saiban a reakci\u00f3teret gyakran egyen\u00e9rt\u00e9k\u0171en helyettes\u00edtik a molekula fel\u00fclet\u00e9n a fel\u00fcleti t\u00f6lt\u00e9seloszl\u00e1s \u00e1ltal l\u00e9trehozott elektromos t\u00e9rrel, \u00e9s a megfelel\u0151 modellt polariz\u00e1lhat\u00f3 folytonos k\u00f6zeg (PCM) modellnek nevezik.<\/p>\n
\n3. \u00e1bra Elektrosztatikus kontinuum modell (A) \u00e9s a v\u00e9ges differencia Poisson-Boltzmann (FDPB) m\u00f3dszer (B).<\/p>\n
\nAz enzimkatal\u00edzis k\u00e9miai l\u00e9p\u00e9seinek QM klasztermodellel t\u00f6rt\u00e9n\u0151 vizsg\u00e1latakor gyakran sz\u00fcks\u00e9ges a PCM modell haszn\u00e1lata a k\u00f6rnyezetnek a reakci\u00f3z\u00f3n\u00e1ra gyakorolt elektrosztatikus hat\u00e1s\u00e1nak szimul\u00e1l\u00e1s\u00e1hoz. Ha a reakci\u00f3folyamat a t\u00f6lt\u00e9seloszl\u00e1s jelent\u0151s v\u00e1ltoz\u00e1saival j\u00e1r, a folytonos k\u00f6zeg haszn\u00e1lata n\u00e9lk\u00fcli v\u00e1kuum QM-sz\u00e1m\u00edt\u00e1sok eredm\u00e9nyei nem \u00e9sszer\u0171ek, s\u0151t t\u00e9ves min\u0151s\u00e9gi k\u00f6vetkeztet\u00e9sekhez vezethetnek. A QM\/MM modellben a reakci\u00f3centrumot \u00e1ltal\u00e1ban oldhat\u00f3 molekul\u00e1k veszik k\u00f6r\u00fcl, amelyeket MM m\u00f3don kezel\u00fcnk, \u00e9s \u00e1ltal\u00e1ban nincs sz\u00fcks\u00e9g a folytonos k\u00f6zeg\u0171 reakci\u00f3mez\u0151 figyelembev\u00e9tel\u00e9re. Ha azonban a rendszer nett\u00f3 t\u00f6lt\u00e9se a reakci\u00f3 el\u0151tt \u00e9s ut\u00e1n v\u00e1ltozik (pl. redoxpotenci\u00e1l-sz\u00e1m\u00edt\u00e1sok), akkor val\u00f3sz\u00edn\u0171leg figyelembe kell venni a rendszerhat\u00e1ron k\u00edv\u00fcli oldatk\u00f6rnyezet hozz\u00e1j\u00e1rul\u00e1s\u00e1t a reakci\u00f3 szabad energi\u00e1j\u00e1hoz, \u00e9s ebben az esetben a QM\/MM eredm\u00e9nyek a folytonos k\u00f6zeg modell seg\u00edts\u00e9g\u00e9vel korrig\u00e1lhat\u00f3k.
\nAz MM\/PBSA a hat\u00e9konys\u00e1g \u00e9s a pontoss\u00e1g egyens\u00faly\u00e1t biztos\u00edt\u00f3 m\u00f3dszer, amely a feh\u00e9rje-feh\u00e9rje \u00e9s feh\u00e9rje-kismolekula komplexek affinit\u00e1s\u00e1nak elemz\u00e9s\u00e9re haszn\u00e1lhat\u00f3. [49].<\/sup> A hibaelh\u00e1r\u00edt\u00e1s el\u00e9r\u00e9se \u00e9rdek\u00e9ben a komplexek explicit szolvens molekuladinamikai szimul\u00e1ci\u00f3it szok\u00e1s elv\u00e9gezni, hogy a konform\u00e1ci\u00f3k gy\u0171jtem\u00e9ny\u00e9t kapjuk; minden egyes komplex-konform\u00e1ci\u00f3ra kisz\u00e1m\u00edtjuk a komplex eg\u00e9sz\u00e9nek, illetve a komplexet alkot\u00f3 egyes monomerek MM\/PBSA energi\u00e1j\u00e1t; \u00e9s a k\u00f6t\u00e9s szabad energi\u00e1j\u00e1t a teljes konform\u00e1ci\u00f3ra vonatkoz\u00f3 MM\/PBSA energia \u00e9s a monomerek MM\/PBSA energi\u00e1ja k\u00f6z\u00f6tti k\u00fcl\u00f6nbs\u00e9g \u00e1tlag\u00e1nak felhaszn\u00e1l\u00e1s\u00e1val k\u00f6zel\u00edtj\u00fck. Ez a m\u00f3dszer haszn\u00e1lhat\u00f3 a szubsztr\u00e1t-affinit\u00e1st befoly\u00e1sol\u00f3 hotspot-maradv\u00e1nyok elemz\u00e9s\u00e9re, valamint a mut\u00e1nsok szubsztr\u00e1t-szelektivit\u00e1s-v\u00e1ltoz\u00e1sainak el\u0151rejelz\u00e9s\u00e9re is.<\/p>\n
\nA biomolekula rendszerek, p\u00e9ld\u00e1ul a feh\u00e9rj\u00e9k sz\u00e1m\u00edt\u00e1sos k\u00e9miai m\u00f3dszerekkel t\u00f6rt\u00e9n\u0151 tanulm\u00e1nyoz\u00e1sa t\u00f6bb mint 40 \u00e9ves m\u00faltra tekint vissza. Ezeket a m\u00f3dszereket egyre sz\u00e9lesebb k\u00f6rben haszn\u00e1lj\u00e1k az ipari enzimkutat\u00e1sban, mik\u00f6zben folyamatosan fejl\u0151dnek. K\u00edna kutat\u00f3csoportjai mind a sz\u00e1m\u00edt\u00e1sos k\u00e9mia, mind az ipari enzimtechnika ter\u00fclet\u00e9n egyre b\u0151v\u00fclnek, \u00e9s kutat\u00e1si k\u00e9pess\u00e9geik gyorsan fejl\u0151dnek. A sz\u00e1m\u00edt\u00e1sos k\u00e9mia alkalmaz\u00e1sa az enzimtechnol\u00f3gi\u00e1ban egyre sz\u00e9lesebb k\u00f6r\u0171v\u00e9 \u00e9s m\u00e9lyebb\u00e9 v\u00e1lik, ahogy e k\u00e9t tudom\u00e1ny\u00e1g keresztez\u0151d\u00e9se egyre szorosabb\u00e1 v\u00e1lik. A feh\u00e9rjem\u00e9rn\u00f6ks\u00e9g, az ir\u00e1ny\u00edtott evol\u00faci\u00f3 \u00e9s m\u00e1s technik\u00e1k nagy hat\u00e1ssal voltak az ipari enzimkutat\u00e1sra. A sz\u00e1m\u00edt\u00e1si m\u00f3dszerek j\u00f6v\u0151beli fejl\u0151d\u00e9se, k\u00fcl\u00f6n\u00f6sen az \u00faj enzimtervez\u00e9si m\u00f3dszerek \u00e1tt\u00f6r\u00e9se v\u00e1rhat\u00f3an \u00faj technol\u00f3giai \u00e1tt\u00f6r\u00e9st hoz az ipari enzimkutat\u00e1s sz\u00e1m\u00e1ra a szintetikus biol\u00f3gia korszak\u00e1ban.<\/p>\nL\u00e9pjen kapcsolatba vel\u00fcnk most!<\/b><\/strong><\/h2>\n
Ha sz\u00fcks\u00e9ge van Price-ra, k\u00e9rj\u00fck, t\u00f6ltse ki el\u00e9rhet\u0151s\u00e9g\u00e9t az al\u00e1bbi \u0171rlapon, \u00e1ltal\u00e1ban 24 \u00f3r\u00e1n bel\u00fcl felvessz\u00fck \u00d6nnel a kapcsolatot. \u00d6n is k\u00fcldhet nekem e-mailt\u00a0info@longchangchemical.com<\/a><\/span>\u00a0munkaid\u0151ben ( 8:30-18:00 UTC+8 H.-Szombat ) vagy haszn\u00e1lja a weboldal \u00e9l\u0151 chatj\u00e9t, hogy azonnali v\u00e1laszt kapjon.<\/b><\/strong><\/h4>\n
\n\n
\n \u00d6sszet\u00e9tel Gl\u00fckoamil\u00e1z<\/span><\/a><\/td>\n 9032-08-0<\/td>\n<\/tr>\n \n Pullulanase<\/span><\/a><\/td>\n 9075-68-7<\/td>\n<\/tr>\n \n Xilan\u00e1z<\/span><\/a><\/td>\n 37278-89-0<\/td>\n<\/tr>\n \n Cellul\u00e1z<\/span><\/a><\/td>\n 9012-54-8<\/td>\n<\/tr>\n \n Naringin\u00e1z<\/span><\/a><\/td>\n 9068-31-9<\/td>\n<\/tr>\n \n \u03b2-Amil\u00e1z<\/span><\/a><\/td>\n 9000-91-3<\/td>\n<\/tr>\n \n Gl\u00fck\u00f3z-oxid\u00e1z<\/span><\/a><\/td>\n 9001-37-0<\/td>\n<\/tr>\n \n alfa-amil\u00e1z<\/td>\n 9000-90-2<\/td>\n<\/tr>\n \n Pektin\u00e1z<\/span><\/a><\/td>\n 9032-75-1<\/td>\n<\/tr>\n \n Peroxid\u00e1z<\/td>\n 9003-99-0<\/td>\n<\/tr>\n \n Lip\u00e1z<\/span><\/a><\/td>\n 9001-62-1<\/td>\n<\/tr>\n \n Katal\u00e1z<\/span><\/a><\/td>\n 9001-05-2<\/td>\n<\/tr>\n \n TANNASE<\/span><\/a><\/td>\n 9025-71-2<\/td>\n<\/tr>\n \n Elaszt\u00e1z<\/span><\/a><\/td>\n 39445-21-1<\/td>\n<\/tr>\n \n Ure\u00e1z<\/span><\/a><\/td>\n 9002-13-5<\/td>\n<\/tr>\n \n DEXTRANASE<\/span><\/a><\/td>\n 9025-70-1<\/td>\n<\/tr>\n \n L-laktil-dehidrogen\u00e1z<\/span><\/a><\/td>\n 9001-60-9<\/td>\n<\/tr>\n \n Dehidrogen\u00e1z mal\u00e1t<\/span><\/a><\/td>\n 9001-64-3<\/td>\n<\/tr>\n \n Koleszterin-oxid\u00e1z<\/span><\/a><\/td>\n 9028-76-6<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"