A STUDY OF CORRELATED PROTEIN MOTIONS BY NORMAL MODE ANALYSES AND MOLECULAR DYN

正则模式分析和分子动力学对相关蛋白质运动的研究

基本信息

  • 批准号:
    7956228
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 0.08万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2009-08-01 至 2010-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This subproject is one of many research subprojects utilizing the resources provided by a Center grant funded by NIH/NCRR. The subproject and investigator (PI) may have received primary funding from another NIH source, and thus could be represented in other CRISP entries. The institution listed is for the Center, which is not necessarily the institution for the investigator. Correlated protein motions are of great functional significance and have been the target of various experimental and computational studies. Both molecular dynamics (MD) simulation and normal mode analysis (NMA) are able to provide information about the internal protein dynamics. Starting from a limited sampling of the protein conformation space, usually a section of MD simulation trajectory, principal component analysis (PCA, or essential dynamics) teases out the correlation motions through a diagonalization of the covariance matrix for the relevant atom group. The direction and amplitude of the vibrational modes are represented by the resulting eigenvectors and the corresponding eigenvalues, respectively. On the other hand, based on a harmonic assumption of the protein energy surface, normal mode analysis (NMA) yields the direction and amplitude of the correlated motion through diagonalization of the Hessian matrix, which contains the second derivative of the protein energy surface. Due to a limitation of computational resources, NMA approaches at different resolutions, from simplest elastic network model (ENM), block normal mode (BNM), to the classical all-atom normal mode methods, have been used more often than the time consuming MD-based PCA approach. However, the harmonic assumption of the energy surface and the implicit treatment of solvent make the NMA difficult to reproduce the often diffusive and anharmonic nature of protein dynamics. Here I propose to carry out parallel NMA and MD simulations on selected high resolution X-ray structures and comparing the results from both computational approaches to the experimentally determined parameters, including the isotropic vibrational amplitudes and anisotropic vibrational directionality. It is expected that MD-based PCA would bring a closer match to the experimental observations than does NMA.
该副本是利用众多研究子项目之一 由NIH/NCRR资助的中心赠款提供的资源。子弹和 调查员(PI)可能已经从其他NIH来源获得了主要资金, 因此,可以在其他清晰的条目中表示。列出的机构是 对于中心,这不一定是调查员的机构。 相关蛋白质运动具有极大的功能意义,并且已经成为各种实验和计算研究的目标。分子动力学(MD)模拟和正常模式分析(NMA)都能够提供有关内部蛋白质动力学的信息。从蛋白质构象空间的有限抽样开始,通常是MD模拟轨迹的一部分,主成分分析(PCA或必需动力学)通过相关原子组的协方差矩阵对角度来取消相关运动。振动模式的方向和振幅分别由所得的特征向量和相应的特征值表示。另一方面,基于对蛋白质能表面的谐​​波假设,正常模式分析(NMA)通过黑西西亚基质的对角线化产生相关运动的方向和幅度,而黑森基质包含蛋白质能表面的第二个衍生物。由于计算资源的限制,NMA在不同的分辨率中使用的方法从最简单的弹性网络模型(ENM),块正常模式(BNM)到经典的全部原子模式方法,而不是频繁使用的频率基于基于PCA的方法。但是,能量表面的谐波假设和溶剂的隐式处理使得NMA难以再现蛋白质动力学的经常扩散和非谐的性质。在这里,我建议对选定的高分辨率X射线结构进行平行的NMA和MD模拟,并将两种计算方法的结果与实验确定的参数进行比较,包括各向同性振动幅度和各向异性振动方向性。可以预期,基于MD的PCA将使实验观测更接近NMA。

项目成果

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