सिमुलेशन पर जैविक रूप से प्रासंगिक समय तराजू — ScienceDaily


आणविक गतिशीलता सिमुलेशन (एमडी) बन गए हैं एक सर्वव्यापी उपकरण आधुनिक जीवन में विज्ञान है. इन सिमुलेशन में, के बीच बातचीत परमाणुओं और अणुओं और उनके परिणामस्वरूप स्थानिक आंदोलनों कर रहे हैं iteratively गणना और विश्लेषण किया जाता है । वैज्ञानिकों वर्तमान में कर रहे हैं की कोशिश कर रहा करने के लिए पहुँच प्राप्त करने के लिए जैविक रूप से प्रासंगिक लंबाई और समय के तराजू इस दृष्टिकोण का उपयोग करने के क्रम में आणविक प्रक्रियाओं का वर्णन इस तरह के रूप में प्रोटीन तह और प्रोटीन-दवा बाध्यकारी है, जो कर रहे हैं के लिए महत्वपूर्ण है, उदाहरण के लिए, आधुनिक दवा के विकास. एक टीम के नेतृत्व में डॉ स्टीफन भेड़िया और प्रो. डॉ गेरहार्ड स्टॉक से Biomolecular गतिशीलता समूह पर संस्थान के भौतिकी के विश्वविद्यालय के Freiburg अब में सफल भविष्यवाणी की गतिशीलता बाध्यकारी और unbinding प्रक्रियाओं पर एक समय के पैमाने पर करने के लिए सेकंड के एक आधा मिनट में pharmacologically प्रासंगिक परीक्षण प्रणाली. परिणाम में प्रस्तुत किया गया है वर्तमान मुद्दे के जर्नल प्रकृति संचार.

कारण करने के लिए प्रदर्शन करने की जरूरत atomistic सिमुलेशन के साथ एक लौकिक संकल्प के femtoseconds (10-15 एस), शोधकर्ताओं ने अभी तक सक्षम नहीं हैं करने के लिए स्पष्ट रूप से गणना प्रक्रियाओं है कि ले कुछ या अधिक सेकंड के लिए, इस तरह के रूप में बाध्यकारी और की रिहाई के लिए दवाओं और उनके संबंधित लक्ष्य प्रोटीन. एक संभव दृष्टिकोण करने के लिए ऊपर की गति सिमुलेशन मोटे-graining के समग्र प्रणाली में गतिशीलता है, जो एक डोमेन के गैर-संतुलन सांख्यिकीय यांत्रिकी. इस लक्ष्य को हासिल करने मोटे-graining, धीमी प्रक्रियाओं में इस तरह के रूप में प्रोटीन ligand के प्रसार और तेजी से प्रक्रियाओं की तरह प्रोटीन कंपन या पानी में उतार-चढ़ाव का प्रदर्शन करना होगा एक स्पष्ट समय पैमाने पर जुदाई. तब केवल कर सकते हैं वैज्ञानिकों का उपयोग Langevin समीकरण, एक stochastic अंतर समीकरण का वर्णन करता है कि गतिशीलता के साथ प्रासंगिक धीमी गति से स्वतंत्रता की डिग्री के साथ-कि है, संख्या की स्वतंत्र संभावनाओं के आंदोलन-एक शारीरिक प्रणाली. का उपयोग कर इस समीकरण, वे प्रतिनिधित्व करते हैं, गतिशीलता प्रणाली के साथ एक प्रतिक्रिया समन्वय के रूप में इस तरह की दूरी ligand से बाध्यकारी साइट. अन्य सभी, तेजी से आंदोलनों पर विचार कर रहे हैं के रूप में घर्षण.

आदेश में इस प्राप्त करने के लिए आवश्यक सरलीकरण प्रणाली की गतिशीलता, Freiburg भौतिकविदों विकसित किया है लंपटता सही लक्षित एमडी (dcTMD) का उपयोग कम्प्यूटेशनल संसाधनों से एचपीसी क्लस्टर BinAC विश्वविद्यालय में Tübingen. लागू करने के द्वारा एक बाधा मजबूर करने के लिए सक्रिय रूप से खींच एक सूक्ष्म प्रणाली के साथ समन्वय के हित में आवश्यक काम कर सकते हैं किया जा नीचे टूटी हुई है में नि: शुल्क ऊर्जा और घर्षण के क्षेत्रों की प्रक्रिया है । में वर्तमान प्रकाशन के साथ, शोधकर्ताओं ने दिखाया है कि इन dcTMD क्षेत्रों में इस्तेमाल किया जा सकता है के रूप में इनपुट के लिए एक सिमुलेशन के Langevin समीकरण के साथ खींच समन्वय. एक परिणाम के रूप में, शोधकर्ताओं सक्षम किया गया है करने के लिए बहुत कम आवश्यक कम्प्यूटेशनल शक्ति है । एक सिमुलेशन के समय एक millisecond कर सकते हैं, इस प्रकार प्राप्त किया जा सकता कुछ ही घंटों के भीतर एक एकल कंप्यूटिंग कोर के एक मानक डेस्कटॉप कंप्यूटर है । इसके अलावा, Langevin क्षेत्रों बताते हैं, शेयर करते हैं, उनकी संरचना को बदल नहीं उच्च तापमान पर, के विपरीत करने के लिए atomistically वर्णित प्रोटीन. “इसलिए, उच्च तापमान सिमुलेशन का उत्पादन कर सकते हैं त्वरित गतिशीलता. हम कर सकते हैं इस का उपयोग करने के लिए त्वरण एक्सट्रपलेशन गतिशीलता की एक कम तापमान पर ब्याज है, जहां खेतों से प्राप्त कर रहे हैं लक्षित एमडी सिमुलेशन.”

फ्रीबर्ग में किया वैज्ञानिकों की हदबंदी की सोडियम क्लोराइड और दो प्रोटीन ligand परिसरों के रूप में परीक्षण प्रणाली. इन में वे सफल भविष्यवाणी में गतिशीलता के बंधन और unbinding प्रक्रियाओं पर एक समय के पैमाने पर करने के लिए सेकंड के एक आधा मिनट. “जबकि Langevin क्षेत्रों में ही थे से उत्पन्न unbinding सिमुलेशन, वे थे की भविष्यवाणी करने में सक्षम दोनों unbinding और बाध्यकारी कैनेटीक्स के भीतर एक कारक 20 और पृथक्करण स्थिरांक के भीतर एक कारक है 4, जो है के भीतर सबसे अच्छा परिणाम प्राप्त करने के लिए तुलना में अन्य भविष्यवाणी तरीकों बताते हैं,” वुल्फ. एक ही समय में, नए dcTMD दृष्टिकोण की आवश्यकता है केवल एक दसवें के कंप्यूटिंग शक्ति के अन्य भविष्यवाणी तरीकों में है. “पिछले नहीं बल्कि कम से कम, दृढ़ संकल्प के घर्षण प्रोफाइल प्रदान करता है में अंतर्दृष्टि आणविक प्रक्रियाओं नहीं कर रहे हैं कि पता चला द्वारा नि: शुल्क ऊर्जा,” कहते हैं Freiburg भौतिकविदों. “हमने पाया है कि सभी प्रणालियों की जांच की, एक के गठन जलयोजन खोल से पानी के अणुओं के लिए लगता है मुख्य स्रोत हो सकता है घर्षण. यह हमें सक्षम बनाता है के परिणाम निकालना करने के लिए नए नियमों के डिजाइन के लिए दवाओं के साथ वांछित बाध्यकारी और प्रसार कैनेटीक्स.”

कहानी का स्रोत:

सामग्री द्वारा ही प्रदान की जाती विश्वविद्यालय के Freiburg. नोट: सामग्री संपादित किया जा सकता है के लिए शैली और लंबाई ।



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