Molecular Modeling of Enzyme Dynamics Towards Understanding Solvent Effects

• Main Author: Wedberg, Nils Hejle Rasmus Ingemar
• Format: Book
• Language: English
• Published: DTU Chemical Engineering 2011
• Subjects: Buff; Kirkwood; Antarc*; Antarctica
• Online Access: https://orbit.dtu.dk/en/publications/8f0d21f3-7254-472a-99c2-56d450e3b41b; https://backend.orbit.dtu.dk/ws/files/5710663/Rasmus_Wedberg.pdf; https://backend.orbit.dtu.dk/ws/files/5710662/Rasmus_Wedberg_PEC11-03.pdf

Denne afhandling beskriver udviklingen af et molekylsimuleringsværktøj for at studere egenskaber hos enzymer i organiske medier ved konstant termodynamisk vandaktivitet. Metoden bruges i et molekyldynamisk studie af enzymet Candida antarctica lipase B (CALB) i vand og organiske opløsningsmidler. Opløsningmidlets indvirkning på enzymets struktur og dynamik studeres med fokus på hvorledes disse egenskaber påvirkes af enzymets hydratiseringsgrad, som er relateret til mediets vandaktivitet. En almindelig fremgangsmåde i eksperimentelle studier af enzymkinetik i organiske medier er atfastholde en givet hydratisering ved at regulere vandaktiviteten. Det er derfor ønskværdigt, at kunne studere vandaktivitetens indvirkning p°a proteiners egenskaber, også i molekylsimulering. For at bestemme vandaktiviteten, bliver først den lokale vandkoncentration, i det simulerede system langt fra proteinets overflade, bestemt. For at fastholde den tilsvarende aktivitet, bruges en fremgangsmåde baseret på Fluctuation Solution Theory, til at beregne overskuds- Gibbsenergien for den tilsvarende blandning af vand og organisk opløsningmiddel. Med denne fremgangsmåde simuleres væskeblandningen ved forskellige sammensætninger, for at udregne Kirkwood-Buff (KB)-integralerne, som er rumintegraler af molekylære parfordelingsfunktioner. Den centrale udfordring er, at disse integraler sjældent konvergerer indenfor den rækkevidde, som almindeligvis er tilgængelig i molekylsimulering. En metode er derfor blevet udviklet, til at ekstrapolere parfordelingsfunktionerne til vilkårlig rækkevidde. Metoden er baseret på en fremgangsmåde oprindeligt udviklet af Verlet (Verlet (1968), Phys. Rev., 165, 201–214) for at studere Lennard-Jones-væsker. Den er her videreudviklet, til at kunne anvendes til molekylære væskeblandinger. Metoden tilnærmer den direkte korrelationsfunktion, og er udledt fra fundamental statistisk mekanisk væsketeori. Metoden er valideret ved en række eksempler, der demonstrerer, at de beregnede KB-integraler giver termodynamiske ...