Изотопный эффект в двойном процессе передачи протона порфицена, исследованного расширенным методом ЗМ/ММ
19 июля 2019 г.
Здесь представлен протокол, в применении которого используется усовершенствованный метод ЗМ/ММ для изучения изотопного эффекта на процесс переноса двойного протона в порфицене.
Улучшенный метод «М/ММ» преодолевает простые проблемы при обычном моделировании М/ММ. Метод «Шесть М/ММ» ускоряет отбор сборки для региона ЗМ и может зафиксировать пути химической реакции, что приводит к определению координат реакции. С помощью этого протокола мы успешно зафиксировали химические реакционной пути двойной передачи протонов и выявили эффект замещения дейтерия на механизм переноса доказанной в воде.
Протокол может быть использован для изучения галогена или замены дейтерия при тепловой идентификации при обнаружении лекарств. Основным преимуществом метода «Шесть М/ММ» является то, что нам не нужно, чтобы он определил координаты реакции рассола или ввел устройство для пути химической реакции при изучении механизма реакции. позволяют нам определить возможные пути реакции, которые в от реакции.
Метод, который может быть использован и расширен до высокого уровня метода ЗМ, и он может стать важным инструментом для исследования механизма реакции для химической реакции в растворе. Чтобы начать эту процедуру, инициировать пресетов, установив runtype как 100, temp0 как 300, templow как 260, temphigh как 1300, и шаг, как 120000 в файле ввода. Затем выдать соответствующую команду, как показано здесь.
На предустановленной стадии отслеживайте энергию каждого термина для расчета средних значений. Используйте команды grep Linux для извлечения энергии. Чтобы изменить средние энергии в файле md-input, вычислите средние энергии на основе вывода предыдущей командной строки и измените линию v-shift в файле ввода с новыми средними.
Инициировать смещения в программе «M4D», введя команду для начала шага оптимизации. Затем подключите распространение энергии с помощью программы благодати и убедитесь, что колебания энергии могут покрыть самые низкие и самые высокие концы диапазона температур. После оптимизации сохраните окончательные значения смещения шага в новый файл, который называется nk.
DAT в этом протоколе. Чтобы подготовить файл md-input, установите runtype как один в новом файле ввода, чтобы начать этап производственного моделирования. Укажите имя файла с сохраненным файлом nk как nkfile nk.
DAT в файле ввода. Количество шагов времени было установлено как 6, 400,000 в нынешних системах. Счетчик моделирования зависит от системы, поэтому измените статистику моделирования на основе вашего конкретного спроса.
Выберите правильный шаг времени для использования для маргинального перехода между различными состояниями для вашей собственной системы. Первоначальная постановка в этих симуляциях, путем выдачи соответствующей команды для запуска моделирования MD. Для мониторинга процесса формирования и разрыва облигаций на этапе производства используйте команду grep для проверки изменений расстояния H1N1 и H1N2 в течение времени моделирования.
Такая же операция может быть проведена для H2N3 и H2N4. Затем подключите распространение расстояния, используя накопленное значение расстояния во время моделирования производства. Извлекайте координаты реакции и энергетические термины из файла вывода производства, генерируемого командой grep.
Организуйте данные в четырех столбцах и запишите их в файл данных на каждом таймфрейме. Рассчитайте свободную энергию, выдав соответствующую команду. Наконец, чтобы проецировать свободную энергию на двумерный ландшафт, ввеми соответствующую команду.
В текущем протоколе было изучено однодеменное действие на процесс двойной передачи протонов в порфицене. Потенциальная энергия подсистемы ЗМ и вода в ходе предварительных этапов равновесия и оптимизации были проверены, чтобы убедиться, что энергия региона ЗМ была расширена до более широкого энергетического диапазона, без воздействия энергии окружающей среды. Для характеристики эффекта замещения дейтерия на геометрию и процесс передачи протонов порфицена использовались репрезентативные изменения расстояния и угла, а также прогнозируемые изменения свободной энергии.
Метод «Шесть М/ММ» достигает улучшенной сборки в энергетическом пространстве. Указанный диапазон слияний должен позволить расширить распределение энергии. Этот метод не только захватить верхнюю часть канала реакции вы получили может передать, но он также имеет потенциал выявления реакции продуктов из нормы реакции состояний в результате механизма реакции.
Этот протокол служит отправной точкой для исследования механизмов химической реакции в сжатой среде. Методы более высокого уровня можно легко комбинировать с методом Six qM/MM для изучения более сложных систем в будущем.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данной статье представлен протокол с использованием усовершенствованного метода КМ/ММ для исследования изотопного эффекта в процессе двойного переноса протонов в порфирицене. Данный метод позволяет детально изучить пути протекания химических реакций и влияние замещения дейтерием.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Химия
- Биохимия
- Компьютерное моделирование
Теоретические сведения
- Методы QM/MM необходимы для моделирования сложных химических реакций.
- Двойной перенос протона является критически важным процессом в различных биохимических реакциях.
- Изотопные эффекты могут существенно влиять на механизмы реакций.
- Понимание этих эффектов может помочь в поиске и разработке лекарственных препаратов.
Цель исследования
- Разработать протокол исследования двойного переноса протонов с использованием усовершенствованных методов КМ/ММ.
- Проанализировать влияние замещения дейтерием на механизмы реакций.
- Изучить пути химических реакций, имеющие значение для разработки лекарственных препаратов.
Используемые методы
- Улучшенный метод QM/MM для моделирования химических реакций.
- Метод шести QM/MM для ускоренной сборки QM-области.
- Анализ путей реакции без необходимости предварительного определения координат.
- Применение протокола для изучения изотопных эффектов в химических реакциях.
Основные результаты
- Успешная регистрация путей химических реакций для двойного переноса протонов.
- Выявление значительного влияния замещения дейтерием на механизмы переноса.
- Демонстрация применимости протокола к другим изотопным замещениям.
- Обоснование преимуществ метода Six QM/MM при идентификации путей реакций.
Выводы
- Улучшенный метод QM/MM обеспечивает надежную основу для изучения сложных реакций.
- Изотопные эффекты имеют решающее значение для понимания механизмов реакций в биохимии.
- Данный протокол может способствовать будущим исследованиям в области поиска новых лекарственных средств и химической кинетики.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Понимание изотопных эффектов в механизмах переноса протона позволяет снизить механистические риски при валидации мишеней на ранних этапах разработки лекарственных средств. Усовершенствованный метод QM/MM обеспечивает прогностическую уверенность в идентификации путей реакции без использования предопределенных координат, что способствует поиску перспективных соединений-лидеров. Данный подход помогает приоритизировать соединения с благоприятными механистическими профилями для дальнейшей разработки.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишени
- Научная ценность: проверка терапевтических гипотез путем выявления того, как изотопное замещение изменяет механизмы переноса протонов.
- Практическая ценность: снижение биологических рисков за счет получения механистического понимания поведения функциональной мишени.
- Прогностическая ценность: поддержка приоритизации портфеля препаратов путем идентификации соединений с благоприятными характеристиками путей реакции.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: Подготовка валидированных биологических систем для последующих рабочих процессов путем характеристики чувствительности координат реакции.
- Практическая ценность: Решение вопросов стандартизации анализа за счет количественного определения изменений расстояния и энергии при переносе протонов.
- Масштабируемость: Освещение потенциала повторного использования платформы для изучения изотопных эффектов для множества мишеней.
Трансляционные и доклинические исследования
- Трансляционная преемственность: Связывает понимание механизмов на этапе поиска с доклинической валидацией посредством моделирования систем, имеющих значение для конкретного заболевания.
- Принятие решений с учетом рисков: Обосновывает выбор стратегии дальнейшего развития, уточняя, как изотопные изменения влияют на положение переходного состояния и энергетические барьеры.
- Снижение механистических рисков: Акцентирует внимание на прогностической ценности при изучении фундаментальных биохимических процессов, лежащих в основе действия препарата.
Интеграция конвейера и рабочего процесса
Данный метод занимает определенное место в континууме открытий — от проверки гипотез и идентификации перспективных соединений до доклинической оценки, в частности, для мишеней, включающих реакции переноса протона.
- Открывающая биология: способствует проверке гипотез и уточнению путей реакций путем фиксации механизмов химических реакций в растворах.
- Скрининг: описывает готовность анализа с помощью количественных показателей, таких как изменение расстояний и сдвиги свободной энергии при моделировании процессов синтеза.
- Аналитика: выделяет такие измерения, как расчетная свободная энергия на двухмерных ландшафтах, что позволяет сравнивать различные условия.
- Трансляционные исследования: связывает метод с непрерывностью доклинических исследований путем моделирования изотопных эффектов в конденсированных средах, имеющих значение для биохимических систем.
- Корпоративное повторное использование: представляет метод Six QM/MM как многократно используемую возможность для изучения механизмов реакций в рамках нескольких проектов.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышение достоверности прогнозирования при валидации мишеней, снижение неопределенности в механизмах процессов переноса протона.
- Операционная ценность: Стандартизация, воспроизводимость и масштабируемость идентификации путей реакции без использования заранее заданных координат.
- Стратегическая ценность: Более обоснованные решения о продолжении или прекращении разработки (go/no-go), эффективность использования капитала и снижение биологических рисков на поздних стадиях за счет раннего понимания механизмов.
- Влияние на портфель: Приоритезация и принятие решений о дальнейшем продвижении проектов с учетом рисков на основе количественно оцененных изотопных эффектов в механизмах реакций.
Особенности реализации
- Необходим опыт в области вычислительной химии и настройки моделирования методом QM/MM.
- Требования к оборудованию включают системы, способные выполнять длительную молекулярную динамику (6,4 миллиона временных шагов) и запуск программы QM4D.
- Межкомандная стандартизация требует согласованности протоколов мониторинга энергии и инициализации смещения в QM- и MM-областях.
- При адаптации следует учитывать выбор соответствующих временных шагов для переходов между состояниями и валидацию распределения энергии в разных температурных диапазонах.
- Практические ограничения включают необходимость тщательного мониторинга уширения энергии в QM-области без возмущения окружающей среды, как отмечено при проверках перед установлением равновесия.
