Simulazioni su scala atomica di biomolecole.

Presentazione sul tema: "Simulazioni su scala atomica di biomolecole."— Transcript della presentazione:

1 Simulazioni su scala atomica di biomolecole.
Andrea Amadei Massimiliano Aschi Alfredo Di Nola Gruppo di Chimica Fisica Teorica e Computazionale

2 Simulazioni Molecolari
Perche’ ? Come ?

3 Proprieta’ non ‘misurabili’
Perche’ ? Fenomeno Modello Interpretazione Proprieta’ non ‘misurabili’

4 Come ? Sistema Molecolare Coordinate ‘classiche’ Modelli classici
(Osservabili ‘classiche’: Struttura, Transizioni Conformazionali) Coordinate ‘quantistiche’ (Osservabili ‘quantistiche’: Struttura elettronica, Proprieta’ Spettroscopiche, Reazioni chimiche) Modelli classici F = m a Modelli quantistici Ĥ Y = E Y Molecole in vuoto (100 atomi) Proteine, DNA, polimeri ( atomi)

5 Modellizzazione di proprieta’ elettroniche in sistemi complessi
Proprieta’ spettroscopiche in sistemi enzimatici (assorbimento, fluorescenza, NMR) - Modellizzazione di reazioni biochimiche

6 Metodo della Matrice Perturbata (PMM) (M. Aschi, R. Spezia, A
Metodo della Matrice Perturbata (PMM) (M. Aschi, R. Spezia, A. Di Nola, A. Amadei Chem. Phys. Lett. 344 (2001) 374.) F = m a Ĥ c =E c

7 Proprieta’ spettroscopiche nella deossi-Mioglobina
Applicazioni Proprieta’ spettroscopiche nella deossi-Mioglobina Modellizzazione del Trasferimento di elettrone nella Cu-Zn SOD

8 Mioglobina 153 ammino acidi 8 -eliche

9 Domanda: la mioglobina influenza e come
Gruppo prostetico: Fe(II)-porfirina-imidazolo lega reversibilmente piccole molecole O2, NO, CO Domanda: la mioglobina influenza e come le proprieta’ elettroniche del suo centro prostetico ?

10 Riproduzione dell’osservabile : spettro UV
Dinamica Molecolare classica: 80 ns di simulazione della deossi-Mioglobina in acqua Proprieta’ elettroniche del gruppo prostetico: Calcoli quantomeccanici dei primi 8 stati elettronici Applicazione del PMM: La traiettoria classica si ‘accoppia’ con il calcolo quantistico

11 Traiettoria della prima eccitazione ()
ave= 826 nm () = 11 nm in vuoto =780 nm Exp  900 nm d  * * Lim M., et al., J. Phys. Chem. 1996, 100, 12043

12 Aspetti ‘non misurabili’

13 His(97) Lys(96) Lys(96) His(97) His(64)
eig 1 Lys(96) Lys(96) His(97) eig 2 His(64)

14 I residui invarianti* *Handbook of metalloproteins. Volume 1, John Wiley ans Sons, Inc., 1990

15

16 Problema ! Calcoli di struttura elettronica mostrano che e’ una
reazione ‘impossibile’

17 Dinamica Molecolare (17 ns) del dimero in acqua.
Calcoli quantistici del centro di reazione in vuoto. Calcoli PMM per accoppiare MD e QM.

18 Coordinata di reazione

19 Energia libera di reazione
In vuoto In SOD

20 Controllo del trasferimento di elettrone
Dipolo elettrico di riferimento con la carica negativa sullo ione superossido Dipolo elettrico lungo la coordinata di reazione

21 In vuoto Non c’e’ movimento di carica dallo ione superossido al rame In SOD

22 La proteina, grazie alle sue
Abbiamo analizzato altre coordinate di reazione La proteina, grazie alle sue fluttuazioni conformazionali, esercita una forte attivita’ catalitica rendendo possibile la reazione

23 Lo sviluppo informatico, ma soprattutto teorico,
CONCLUSIONI Lo sviluppo informatico, ma soprattutto teorico, ci permette oggi di applicare modelli avanzati per simulare proprieta’ spettroscopiche e chimiche di sistemi molecolari complessi. Questo, oltre che da un punto di vista accademico-culturale, puo’ indurre un miglioramento dei modelli attualmente usati per problematiche piu’ ‘applicative’ (azione di farmaci, meccanismi enzimatici……)

24 Ringraziamenti Andrea Amadei
Alfredo Di Nola, Riccardo Spezia, Costantino Zazza, Maira D’Alessandro, Marco D’Abramo, Cecilia Bossa