Vraag:
Hoe kan ik bepalen of er π-π-interacties zijn tussen een amide en een aromatische ring in een eiwit?
Nick T
2012-04-26 01:06:19 UTC
view on stackexchange narkive permalink

In een kristalstructuur die ik heb vastgesteld, lijkt een triazoolring op mijn ligand te stapelen met een tyrosine (bovenaan op de foto):

stacking interactions in a protein

Er is echter ook een amide, met dank aan een glutamine, in de buurt (onderaan). Is het waarschijnlijk dat dit terminale amide betrokken is bij π-π-interacties met het triazool of gewoon zwakkere dispersiekrachten? Hoe zou ik kwantificeren hoe significant de interactie is?

Je zou de supermoleculaire benadering kunnen gebruiken. Bepaal de energieën voor twee geïsoleerde monomeren [E (mon1)] en [E (mon2)] en vervolgens de energie van de twee op elkaar inwerkende monomeren [E (dimeer)]. Dan doe je gewoon [E (mon1) + E (mon2)] - E (dimeer) = E (interactie). U moet natuurlijk bepalen hoe u uw monomeren wilt definiëren. Voor pi-pi-stapeling wilt u hoogstwaarschijnlijk iets beters dan MP2 gebruiken, aangezien MP2 de neiging heeft aromatische dimeren aanzienlijk te overbinden. Ik zou CCSD (T) aanraden.
@LordStryker DFT-D wordt hier een veel betere optie ...
Een antwoord:
#1
+23
LordStryker
2012-04-26 01:48:39 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Het lijkt erop dat NickT op zoek was naar een experimentele oplossing. Mijn bericht gaat echter over een computationele oplossing.

Hoe zou ik kwantificeren hoe significant de interactie is?

Het bepalen van de interactie-energie tussen twee gedefinieerde monomeren zoals je aromatische triazool en amide is een vrij eenvoudig proces. Dit proces wordt de supramoleculaire benadering genoemd. Ik wijs u op een artikel waarin het benzeendimeer wordt geanalyseerd. Deze methode is strikt computationeel, dus een beetje kennis in computationele chemie is noodzakelijk.

De supramoleculaire benadering

The What

De supramoleculaire benadering komt hierop neer.

$$ E _ {\ mathrm {int}} = E _ {\ mathrm {dimer }} - (E _ {\ mathrm {mon1}} + E _ {\ mathrm {mon2}}) $$

Hier hebben we wat interactie-energie ( $ E _ {\ mathrm {int}} $ ) bepaald uit het verschil van een dimere energie ( $ E _ {\ mathrm {dimer}} $ ) en de som van de twee monomeren ( $ E _ {\ mathrm {monomer}} $ ). Als beide monomeren equivalent waren (u was bijvoorbeeld geïnteresseerd in de interactie-energie van het benzeendimeer waarbij elk monomeer een benzeenring was), zou u de optelling kunnen vereenvoudigen tot twee keer de energie van één monomeer ( $ 2 \ keer E _ {\ mathrm {mon}} $ ). In jouw specifieke geval heb je twee verschillende monomeren.

Het hele idee is dat als ik twee op elkaar inwerkende moleculen heb, ik ook de energie van elk molecuul afzonderlijk kan bepalen (alsof ze op oneindige afstand van elkaar zijn gescheiden). als hun complex. Dus als je deze moleculen steeds dichter bij elkaar brengt, begint de energie naar beneden te gaan (de interactie-energie).

Hoe

OPMERKING: uw geometrie is van een kristalstructuur. Wijzig deze geometrie NIET. U wilt alles precies zo houden als het is. Dit betekent dat u uw systeem niet wilt optimaliseren. U wilt de plaatsing van monomeren niet in de gaten houden. Neem alles van uw bekende structuur en pas op dat u deze niet verandert, anders kan dit dit proces verpesten. We passen de structuur aan door af te kappen en af ​​te dekken, maar intermoleculaire parameters moeten hetzelfde blijven voor wat je ook probeert te modelleren. U wilt de betekenis van uw dop optimaliseren, een optimalisatie uitvoeren op uw afgetopte monomeer, maar alles bevriezen behalve wat u gebruikt om af te sluiten.

  1. Bepaal uw monomeren. U moet bepalen welk deel van uw 'dimeer'-systeem belangrijk is om deze zwakke interactie te beschrijven. Ik raad aan om de aromatische ring te behouden en de ring af te kappen met iets dat lijkt op wat wordt afgekapt. Je kunt je monomeer bijvoorbeeld afschermen met een waterstof- of een methylgroep. Als het uitgesneden stuk sterk polariseerbaar is, sluit dan iets af met een vergelijkbare eigenschap. Als uw afgeknotte stuk neutraal is, sluit u het af met iets dat neutraal is. Je snapt het idee.
  2. Bepaal je dimeer. Uw dimeer is gewoon een combinatie van uw twee gedefinieerde monomeren.
  3. Bepaal de methode die u wilt implementeren. Hiervoor zal op golffunctie gebaseerde of dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) werken. De eerste zal onbetaalbaar zijn.
  4. Bepaal uw basisset. Voor aromatische systemen kunt u het beste de correlatieconsistente familie van basissets van Dunning-Hunzaga gebruiken. Ik raad aan om aug-cc-pVTZ te gebruiken voor goede resultaten. Wat u ook besluit, zorg ervoor dat uw basisset polarisatie- en diffuse functies bevat. De voorgestelde basisset doet dit (augmented betekent diffuus op alle atomen terwijl pVTZ 'gepolariseerde valentie triple zeta' betekent).
  5. Bepaal de energieën van je monomeren en dimeer. U wilt een energieberekening op één punt uitvoeren op uw monomeren en uw dimeer. Optimaliseer eerst je monomeren, maar bevries alle atomen behalve degene die je hebt toegevoegd om je monomeer af te sluiten.
  6. Bepaal de interactie-energie. Plug je energieën in de bovenstaande vergelijking en bepaal de interactie-energie. Converteer naar de eenheden die je wilt gebruiken (ik geef de voorkeur aan kJ / mol, maar de meeste mensen gebruiken kcal / mol, dus misschien wil je dat gebruiken).

Ik hoop dat dit helpt. Lijkt op zijn zachtst gezegd een interessant project.

Een korte opmerking over de 'valentie'-basisset:

Normaal gesproken nemen kernelektronen niet deel aan soort interessante chemie (ze zijn zo veel lager in energie dan de valentie-elektronen dat ze geen rol spelen in zaken als chemische binding). Wanneer u deze energieberekeningen uitvoert, roept u de bevroren kernbenadering aan (standaard op veel kwantumsoftwarepakketten, maar zorg ervoor dat u eerst de documentatie controleert). De pVTZ-basisset breidt de basisfuncties uit tot triple-zeta-kwaliteit voor alleen valentie-elektronen. De kernelektronen krijgen functies van het s -type en dat is het dan. Als u zich ooit in een situatie bevindt waarin de kernelektronen belangrijk zijn voor uw systeem waarin u geïnteresseerd bent, zou u de pCVXZ-basissets willen gebruiken (waarbij X = D, T, Q, enz.), Wat staat voor gepolariseerde kernvalentie X zeta. Hier krijgen de kernelektronen de volledige set van X-zeta-kwaliteitsbasisfuncties. Dit betekent echter dat u uw berekening zojuist veel duurder heeft gemaakt. De bevroren kernbenadering wordt doorgaans gebruikt.

uitleg is zeer motiverend. Maar ik heb een basisvraag. Wat als ik hier alleen de aromatische geometrie gebruik en al het andere afkap, dan bedoel ik waarom ik moet stoppen? Aangezien dit een aminozuurketen is, kan de polariseerbaarheid in dit geval niet zo hoog zijn.
Je kunt een * volledige * kristalstructuur, eiwit, enz. Niet modelleren met een methode die redelijkerwijs $ \ pi $ - $ \ pi $ interacties kan kwantificeren met een aanvaardbare nauwkeurigheid, aangezien dit rekenkundig onhandelbaar zou zijn. Je zou je systeem ergens moeten afsluiten.
Als ik een structuur (ketting) heb, ziet er bijvoorbeeld uit als H3C-CH2-N-H ... O-C-CH (CH3) -CH3. En als ik de energie tussen N-H ... O-C wil krijgen. Is het dan verstandig om alleen dat betreffende deel (d.w.z. N-H ... O-C) te gebruiken met de strikte geometrie die ik heb?
Is uw systeem een ​​hele kristalstructuur of eiwit? Nee, maar gezien de locatie van uw opmerking was het gemakkelijk voor mij om dit aan te nemen. Uw systeem is klein genoeg, u hoeft niets af te sluiten en ik zou u aanraden om het volledige ding te karakteriseren.
Eigenlijk heb ik te maken met de volledige aminozuurketen van de eiwitkristalstructuur. Dat is waarom ik vraag, als ik het hele ding afkort, behalve het specifieke gedeelte dat ik wil vinden, d.w.z. N-H ... O-C, zou het dan goed van pas komen? (het voorbeeld dat ik daar zette was slechts een analogie)


Deze Q&A is automatisch vertaald vanuit de Engelse taal.De originele inhoud is beschikbaar op stackexchange, waarvoor we bedanken voor de cc by-sa 3.0-licentie waaronder het wordt gedistribueerd.
Loading...