Zastosowanie programu SYBYL do wygładzania przybliżonych modeli białkowych SEKWENCJA AMINOKWASOWA MODELOWANIE METODĄ DYNAMIKI MONTE CARLO NA TRÓJWYMIAROWEJ SIATCE SZEREG MODELI O NAJNIŻSZYCH ENERGIACH ODBUDOWA ŁAŃCUCHA GŁÓWNEGO ZE SZKIELETU C DOBUDOWANIE GRUP BOCZNYCH DO ŁAŃCUCHA GŁÓWNEGO SYMULACJA METODĄ DYNAMIKI MOLEKULARNEJ W ŚRODOWISKU WODNYM - WYGŁADZANIE PEŁNOATOMOWE MODELE STRUKTUR BIAŁKOWYCH O NAJNIŻSZYCH ENERGIACH Potencjały statystyczne wyprowadzone na podstawie bazy PDB i zaimplementowane do pola siłowego (modelu oddziaływań międzyatomowych) Zbiór więzów odległości uzyskanych ze struktur białek – szablonów, wyszukanych w bazie PDB przez modelowanie porównawcze Po co struktura przestrzenna białek? Znajomość przestrzennej struktury białek jest bardzo pożądana - to klucz do zrozumienia ich funkcji biologicznej, który umożliwia rozwój inżynierii białkowej oraz racjonalne projektowanie leków. Strukturę białek można badać eksperymentalnie bądź przewidywać teoretycznie na podstawie sekwencji aminokwasowej. Cel pracy: Problem modelowania struktury białkowej podzielono na dwa hierarchiczne etapy: poszukiwanie konformacji łańcucha głównego o najniższej energii, z wykorzystaniem znajomości struktur białek zamieszczonych w bazie białkowej PDB wykazujących podobieństwo sekwencyjne do modelowanego białka; odbudowa detali atomowych i wygładzanie czyli minimalizacja energii struktury pełnoatomowej. Wykorzystując gotowe najlepsze modele szkieletu węglowego (5 dla każdego białka), uzyskane przez grupę badawczą prof. Kolińskiego, mam za zadanie ocenić zakres stosowalności drugiego etapu modelowania przy użyciu programu SYBYL. Wyniki optymalizacji mają przyczynić się do lepszego wyboru modeli struktur białkowych i ogólnej poprawy ich jakości, tak by były bliższe strukturom natywnym. Aby przyspieszyć obliczenia zastosowano uproszczoną reprezentację łańcucha białkowego, polegającą na tym, że każdą resztę aminokwasową opisano tylko przez atomy C i C oraz pseudoatomy będące odpowiednio środkiem wiązania peptydowego i środkiem masy grupy bocznej (model CABS). Ponadto atomy C umieszczono w węzłach trójwymiarowej siatki, ograniczając w ten sposób możliwe orientacje łańcucha. W celu minimalizacji energii przestrzeń konformacyjną przeszukiwano metodą Monte Carlo (MC), prowadząc symulacje równolegle w różnych temperaturach (metoda Wymiany Replik Monte Carlo), by pozwolić na pokonywanie zarówno małych jak i dużych barier energetycznych. W programie SYBYL na podstawie położeń atomów C skonstruowano pełny polialaninowy łańcuch. Metoda polega na używaniu do konstrukcji łańcucha części zapasowych (ang. spare parts ) czyli fragmentów o podobnych odległościach C uzyskanych z białkowej bazy PRODAT. Po wstępnej minimalizacji energii wybraną metodą (np.Powell) wygładzanie struktury dokonywane jest metodą Dynamiki Molekularnej. Pełnoatomowy model struktury otoczono cząsteczkami wody (w celu uzyskania środowiska komórki) i uruchomiono symulację, w której zamrożono konformację łańcucha głównego czyli pozwolono jedynie na ruchy grup bocznych po to, aby nie stracić modelu uzyskanego z symulacji MC i zaoszczędzić na czasie. SYBYL pozwala na wybór różnych opcji jak temperatura i czas symulacji, rodzaj pola siłowego. Z nagranej symulacji wybierane są struktury o najniższych energiach. Następnie do łańcucha głównego dobudowano grupy boczne aminokwasów. Początkowe konformacje grup uzyskane są z bibliotek. Opcja programu umożliwia skanowanie grup w celu usunięcia oddziaływań sterycznych z resztą molekuły. Sylwia Wojtasiewicz KIEROWNIK: prof. dr hab. Andrzej Koliński OPIEKUN: dr Dominik Gront Praca wykonana w: PRACOWNI TEORII BIOPOLIMERÓW