Question:
Comment puis-je déterminer s'il existe des interactions π-π entre un amide et un cycle aromatique dans une protéine?
Nick T
2012-04-26 01:06:19 UTC
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Dans une structure cristalline que j'ai déterminée, un anneau triazole sur mon ligand semble s'empiler avec une tyrosine (en haut sur l'image):

stacking interactions in a protein

Cependant, il y a aussi un amide, grâce à une glutamine, à proximité (en bas). Est-il probable que cet amide terminal s'engage dans des interactions π-π avec le triazole ou simplement des forces de dispersion plus faibles? Comment pourrais-je quantifier l'importance de l'interaction?

Vous pouvez utiliser l'approche supermoléculaire. Déterminer les énergies pour deux monomères isolés [E (mon1)] et [E (mon2)] puis l'énergie des deux monomères en interaction [E (dimère)]. Ensuite, vous faites juste [E (mon1) + E (mon2)] - E (dimère) = E (interaction). Bien sûr, vous devrez déterminer comment vous souhaitez définir vos monomères. Pour l'empilement pi-pi, vous voudrez probablement utiliser quelque chose de meilleur que MP2, car MP2 a tendance à surcharger les dimères aromatiques d'une quantité significative. Je suggérerais le CCSD (T).
@LordStryker DFT-D sera une bien meilleure option ici ...
Un répondre:
#1
+23
LordStryker
2012-04-26 01:48:39 UTC
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Il semble que NickT recherchait une solution expérimentale. Mon article traite cependant d'une solution de calcul.

Comment pourrais-je quantifier l'importance de l'interaction?

Déterminer l'énergie d'interaction entre deux monomères définis comme votre triazole aromatique et votre amide est un processus assez simple. Ce processus est appelé approche supramoléculaire. Je vais vous diriger vers un article qui analyse le dimère de benzène. Cette méthode est strictement computationnelle, donc un peu de connaissances en chimie computationnelle est nécessaire.

L'approche supramoléculaire

Le quoi

L'approche supramoléculaire se résume à ceci.

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

Nous avons ici de l'énergie d'interaction ( $ E _ {\ mathrm {int}} $ ) déterminée à partir de la différence d'une énergie dimère ( $ E _ {\ mathrm {dimer}} $ ) et la somme des deux monomères ( $ E _ {\ mathrm {monomer}} $ ). Si les deux monomères étaient équivalents (par exemple, vous étiez intéressé par l'énergie d'interaction du dimère de benzène où chaque monomère était un cycle de benzène), vous pourriez simplifier la somme à deux fois l'énergie d'un monomère ( $ 2 \ fois E _ {\ mathrm {mon}} $ ). Dans votre cas particulier, vous avez deux monomères différents.

L'idée générale est que si j'ai deux molécules en interaction, je peux déterminer l'énergie de chaque molécule individuellement (comme si elles étaient séparées à une distance infinie). comme leur complexe. Ainsi, à mesure que vous rapprochez de plus en plus ces molécules, l'énergie commence à diminuer (l'énergie d'interaction).

Le Comment

REMARQUE: votre géométrie provient d'une structure cristalline. Ne modifiez PAS cette géométrie. Vous voudrez tout garder tel quel. Cela signifie que vous ne souhaitez pas optimiser votre système. Vous ne voulez pas placer le monomère dans le globe oculaire. Prenez tout de votre structure connue et veillez à ne pas la changer sinon cela peut ruiner ce processus. Nous modifions la structure en tronquant et en plafonnant, mais les paramètres intermoléculaires doivent rester les mêmes pour tout ce que vous essayez de modéliser. Vous voudrez optimiser la signification de votre plafond, exécuter une optimisation sur votre monomère plafonné mais geler tout sauf ce que vous utilisez pour plafonner.

  1. Définissez vos monomères. Vous devrez déterminer quelle partie de votre système «dimère» est importante pour décrire cette faible interaction. Je recommande de garder l'anneau aromatique et de tronquer l'anneau avec quelque chose de similaire à ce qui est tronqué. Vous pouvez coiffer votre monomère avec un hydrogène ou un groupe méthyle par exemple. Si la pièce que vous avez découpée est hautement polarisable, coiffez avec quelque chose ayant une propriété similaire. Si votre pièce tronquée est neutre en charge, plafonnez avec quelque chose qui est neutre. Vous voyez l'idée.
  2. Définissez votre dimère. Votre dimère est simplement une combinaison de vos deux monomères définis.
  3. Déterminez la méthode que vous souhaitez mettre en œuvre. La théorie de la fonction d'onde ou de la fonction de densité (DFT) fonctionnera pour cela. Le premier sera d'un coût prohibitif.
  4. Définissez votre ensemble de base. Pour les systèmes aromatiques, votre meilleur pari serait d'utiliser la famille cohérente de corrélation de Dunning-Hunzaga d'ensembles de base. Je recommande d'utiliser aug-cc-pVTZ pour de bons résultats. Quoi que vous décidiez, assurez-vous que votre jeu de base comprend des fonctions de polarisation et de diffusion. L'ensemble de base suggéré le fait (augmenté signifie diffus sur tous les atomes alors que pVTZ signifie «triple zêta polarisée à valence»).
  5. Déterminez les énergies de vos monomères et dimères. Vous voudrez exécuter un calcul d'énergie en un seul point sur vos monomères et votre dimère. Optimisez d'abord vos monomères, mais congelez tous les atomes sauf ceux que vous avez ajoutés pour plafonner votre monomère.
  6. Déterminez l'énergie d'interaction. Branchez vos énergies dans l'équation donnée ci-dessus et déterminez l'énergie d'interaction. Convertissez en n'importe quelle unité que vous souhaitez utiliser (je préfère kJ / mol mais la plupart des gens utilisent kcal / mol, vous voudrez peut-être l'utiliser).

J'espère que cela vous aidera. Cela semble être un projet intéressant pour le moins qu'on puisse dire.

Une note rapide sur l'ensemble de base de 'valence':

En général, les électrons du cœur ne participent à aucun sorte de chimie intéressante (ils sont tellement plus faibles en énergie que les électrons de valence qu'ils ne jouent pas de rôle dans des choses comme la liaison chimique). Lorsque vous effectuez ces calculs d'énergie, vous invoquerez l'approximation du noyau gelé (par défaut sur de nombreux logiciels quantiques, mais assurez-vous de vérifier d'abord la documentation). L'ensemble de base pVTZ étend les fonctions de base à une qualité triple-zêta pour les électrons de valence uniquement. Les électrons du cœur reçoivent des fonctions de type s et c'est tout. Si jamais vous vous trouvez dans une situation où les électrons du noyau sont importants pour votre système d'intérêt, vous voudrez utiliser les ensembles de base pCVXZ (où X = D, T, Q, etc.) qui signifie noyau-valence polarisée X zeta. Ici, les électrons du cœur reçoivent l'ensemble complet des fonctions de base de la qualité X-zeta. Cependant, cela signifie que vous venez de rendre votre calcul beaucoup plus cher. L'approximation du noyau gelé est généralement utilisée.

l'explication est très motivante. Mais j'ai une question de base. Et si j'utilise uniquement la géométrie aromatique ici et que je tronque tout le reste, je veux dire pourquoi je dois plafonner? Étant donné qu'il s'agit d'une chaîne d'acides aminés, la polarisabilité ne sera pas si élevée dans ce cas.
Vous ne pouvez pas modéliser une structure cristalline * entière *, une protéine, etc. avec une méthode qui peut raisonnablement quantifier les interactions $ \ pi $ - $ \ pi $ avec une précision acceptable, car cela serait insoluble d'un point de vue informatique. Il faudrait plafonner votre système quelque part.
Si j'ai une structure (chaîne) ressemble, par exemple, à H3C-CH2-N-H ... O-C-CH (CH3) -CH3. Et si je veux obtenir l'énergie entre N-H ... O-C. Alors est-il judicieux de n'utiliser que la partie concernée (c'est-à-dire N-H ... O-C) avec la géométrie stricte que j'ai?
Votre système est-il une structure cristalline ou une protéine entière? Non, ce n'est pas cependant compte tenu de l'emplacement de votre commentaire, il était facile pour moi de le supposer. Votre système est suffisamment petit pour ne rien avoir à plafonner et je vous recommande de caractériser le tout.
En fait, je traite de la chaîne complète d'acides aminés de la structure cristalline des protéines. C'est pourquoi je demande, si je tronque le tout sauf la section particulière que j'ai l'intention de trouver, c'est-à-dire N-H ... O-C, cela servirait-il bien? (l'exemple que j'ai donné était juste une analogie)


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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