QM/MM výpočty a klasické molekulárně-dynamické simulace biomolekul

Abstract

Systematic calculations were performed to uncover the free energy surfaces for hydrolytic reactions of methyl-diphosphate (in vacuum and implicit solvents) and GTP in EF-Tu active site. Density functional theory and ONIOM extrapolative QM/MM scheme were adopted for the assay. In accordance with experiments, the catalytic effect of the sodium cation was mild. It changes the conformation of GTP attracting its negatively charged oxygen atoms. hydrolýze GTP. The Na+ also equilibrates the charges of all phosphate groups of the GTP mostly by transferring electrons from gamma to beta-phosphate group, which is characteristic for the intermediate states during the hydrolytic reaction.

Byla provedena literární rešerše v oblastech proteosyntézy, MD simulací, DFT a QM/MM metod. Elongační faktor Tu (EF-Tu) je protein který se účastní proteosyntézy. Do svého aktivního místa váže GTP, jehož hydrolýza hraje důležitou roli při translaci. V nedávných simulacích bylo zaznamenáno spontánní vázání sodných iontů do aktivního místa EF-Tu Z experimentu je přitom známo, že monovalentní ionty stimulují katalytický efekt EF-Tu na GTPázovou reakci. Systematickými QM/MM výpočty byl tudíž v rámci této práce prozkoumán povrch volné energie hydrolytických reakcí methyl-di-fosfátu (ve vakuu a v implicitních vodních prostředích) a GTP v aktivním místě EF-Tu. Bylo použito extrapolační QM/MM schéma ONIOM a DFT. V souladu s experimenty byl zaznamenán slabý katalytický efekt sodíkového iontu na GTPázovou reakci. Jeho přítomnost změnila konformaci GTP interakcemi s jeho záporně nabitými kyslíkovými atomy a vyrovnala také náboje na fosfátových skupinách. To znamenalo především přenos elektronů z gamma na beta-fosfátovou skupinu, což je charakteristické pro mezistavy při hydrolýze GTP.