Dynamika oddziaływań międzycząsteczkowych w makromolekułach: białka błonowe i receptory
Identyfikator grantu: PT00877
Kierownik projektu: Jarosław Panek
Realizatorzy:
- Aneta Jezierska
- Kamil Wojtkowiak
Uniwersytet Wrocławski
Wydział Chemii
Wrocław
Data otwarcia: 2021-03-19
Streszczenie projektu
Działanie makromolekuł biochemicznych, głównie białek, nie może być zrozumiane bez uwzględnienia dynamiki biegnących procesów. Przejście jonu czy małej cząsteczki przez kanał jonowy wymaga obecności transmembranowego gradientu potencjału elektrycznego i odbywa się etapami (przeskokami) wewnątrz kanału. Podobnie rozpoznanie molekularne i aktywacja receptora przez małocząsteczkowy ligand obejmują procesy dokowania, desolwatacji miejsca aktywnego, zmian konformacyjnych białka wywołanych przyłączeniem liganda. Samo połączenie ligand – białko również nie jest niezmienne – kontakty typu wiązań wodorowych wykazują tendencję do ciągłego zrywania się i odtwarzania. Poprawny opis tych procesów to zadanie różnych form dynamiki molekularnej (MD): z polami siłowymi klasycznymi (planowane zastosowanie pakietu AMBER) i z pierwszych zasad (DFT; planowane zastosowanie programów CPMD i CP2K).
W przedstawionym projekcie badana będzie struktura kanałów jonowych oraz przepływ przez te białka małych cząsteczek i jonów. Aby przyspieszyć proces transportu, planowane jest (a) przyłożenie zewnętrznego pola elektrycznego, (b) zastosowanie metadynamiki do „przepychania” badanego indywiduum przez kanał. Oprócz jonów (Na+, K+, Cl-) badany będzie transport małych cząsteczek (H2O, NH3).
Druga gałąź projektu dotyczy receptorów błonowych, zwłaszcza receptorów serotoninowych. Po zadokowaniu liganda badana będzie stabilność utworzonych oddziaływań oraz zostanie dokonana krytyczna analiza wstępnych wyników dokowania. Wyznaczone zostaną sieci oddziaływań ligand-receptor i podjęta zostanie próba prześledzenia ścieżki sygnałowej receptora.
W obu przypadkach ważnym elementem modeli będzie próba kwantowo-chemicznego wyjaśnienia wykrytych relacji – w tym celu utworzone zostaną struktury ligand – bezpośrednie otoczenie białkowe. Ten rodzaj analizy musi korzystać z ograniczonych, uproszczonych modeli, a same obliczenia powinny być wykonane w schemacie QM/MM.
W przedstawionym projekcie badana będzie struktura kanałów jonowych oraz przepływ przez te białka małych cząsteczek i jonów. Aby przyspieszyć proces transportu, planowane jest (a) przyłożenie zewnętrznego pola elektrycznego, (b) zastosowanie metadynamiki do „przepychania” badanego indywiduum przez kanał. Oprócz jonów (Na+, K+, Cl-) badany będzie transport małych cząsteczek (H2O, NH3).
Druga gałąź projektu dotyczy receptorów błonowych, zwłaszcza receptorów serotoninowych. Po zadokowaniu liganda badana będzie stabilność utworzonych oddziaływań oraz zostanie dokonana krytyczna analiza wstępnych wyników dokowania. Wyznaczone zostaną sieci oddziaływań ligand-receptor i podjęta zostanie próba prześledzenia ścieżki sygnałowej receptora.
W obu przypadkach ważnym elementem modeli będzie próba kwantowo-chemicznego wyjaśnienia wykrytych relacji – w tym celu utworzone zostaną struktury ligand – bezpośrednie otoczenie białkowe. Ten rodzaj analizy musi korzystać z ograniczonych, uproszczonych modeli, a same obliczenia powinny być wykonane w schemacie QM/MM.
Publikacje
- Kamil Wojtkowiak, Aneta Jezierska, Jarosław J. Panek, Water dynamics in an artificial membrane channel, European Meeting on Physical Organic Chemistry - Karpacz 13-17.09.2021 -, (2021) -
- Aneta Jezierska , Beata Kizior, Bartłomiej M. Szyja , Jarosław J. Panek, On the nature of inter- and intramolecular interactions involving benzo[h]quinoline and 10-hydroxybenzo[h]quinoline: Electronic ground state vs excited state study, Journal of Molecular Structure 1234, (2021) 130126
- Jarosław J. Panek, Joanna Zasada, Bartłomiej M. Szyja, Beata Kizior, Aneta Jezierska, Sensitivity of Intra- and Intermolecular Interactions of Benzo[h]quinoline from Car–Parrinello Molecular Dynamics and Electronic Structure Inspection, International Journal of Molecular Sciences 22, (2021) 5220
- Aneta Jezierska, Kacper Błaziak, Sebastian Klahm , Arne Lüchow, Jarosław J. Panek, Non-Covalent Forces in Naphthazarin—Cooperativity or Competition in the Light of Theoretical Approaches, International Journal of Molecular Sciences 22, (2021) 8033
- Świątek, Piot; Glomb, Teresa; Dobosz, Agnieszka; Gębarowski, Tomasz; Wojtkowiak, Kamil; Jezierska, Aneta; Panek, Jarosław J.; Świątek, Małgorzata; Strzelecka, Małgorzata, Biological Evaluation and Molecular Docking Studies of Novel 1,3,4-Oxadiazole Derivatives of 4,6-Dimethyl-2-sulfanylpyridine-3-carboxamide , International Journal of Molecular Sciences 23, (2022) 549
- Szefler, Beata; Czeleń, Przemysław; Wojtkowiak, Kamil; Jezierska, Aneta, Affinities to Oxaliplatin: Vitamins from B Group vs. Nucleobases , International Journal of Molecular Sciences 23, (2022) 10567
- Jezierska, Aneta; Panek, Jarosław J.; Błaziak, Kacper; Raczyński, Kamil; Koll, Aleksander, Exploring Intra- and Intermolecular Interactions in Selected N-Oxides—The Role of Hydrogen Bonds , Molecules 27, (2022) 792
- Beata Kizior, Aneta Jezierska, Bartłomiej M. Szyja, Partial Methane Oxidation to Methanol on Ru-Porphyrins – on the Role of Non-Innocent Ligands and Spin Crossover, ChemPhysChem 24, (2023) e202300499