پاورپوینت کامل کاربرد رایانه در مدل سازی پروتئین ها ۱۴۸ اسلاید در PowerPoint

توجه : این فایل به صورت فایل power point (پاور پوینت) ارائه میگردد

 پاورپوینت کامل کاربرد رایانه در مدل سازی پروتئین ها ۱۴۸ اسلاید در PowerPoint دارای ۱۴۸ اسلاید می باشد و دارای تنظیمات کامل در PowerPoint می باشد و آماده ارائه یا چاپ است

شما با استفاده ازاین پاورپوینت میتوانید یک ارائه بسیارعالی و با شکوهی داشته باشید و همه حاضرین با اشتیاق به مطالب شما گوش خواهند داد.

لطفا نگران مطالب داخل پاورپوینت نباشید، مطالب داخل اسلاید ها بسیار ساده و قابل درک برای شما می باشد، ما عالی بودن این فایل رو تضمین می کنیم.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل می باشد و در فایل اصلی پاورپوینت کامل کاربرد رایانه در مدل سازی پروتئین ها ۱۴۸ اسلاید در PowerPoint،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از مطالب داخلی اسلاید ها

پاورپوینت کامل کاربرد رایانه در مدل سازی پروتئین ها ۱۴۸ اسلاید در PowerPoint

اسلاید ۴: MedicinalChemistryProteins fromNatural OrganismsLigands from Natural Sources or SynthesisPreparative BiochemistryAssay, CharacterizationCrystallizationX-RaySequence Database3D StructureGeneCloningGene synthesisSite-DirectedMutagenesisExpressionComputer GraphicsKnowledge – BasedModelling and DesignCD, NMRSimulation byEM, MD, …Molecular BiologyBiophysics BiocomputingOrganic chemistryProtein-LigandComplexجایگاه مدل سازی و بیوفیزیک در زیست شناسی۴مقدمه

اسلاید ۵: ۵مدل : یک زیر مجموعه یا زیر سیستم از سیستم اصلی که ساده تر از سیستمی است که از آن الگو می گیردو باعث درک بهتر از آن و پیشگویی خواص ورفتار آن سامانه می شود.مدل سازی مولکولی: تقلید رفتار یک مولکول در غالب ریاضی و فیزیکمدل شبیه سازی (هم رفتاری یا هم کرداری):در مطالعه پدیده ها شرایطی (آزمایشگاهی یا رایانه ای) ایجاد می کنیم که متناظر با شرایط طبیعی است، باشدمثلا مطالعه زندگی پنگوئن ها در شهرکرد، برخلاف مدل سازی ، شبیه سازی می تواند پیچیده تر از سیستم مورد مطالعه باشد.متناظر یعنی نظیر به نظیر شبیه سازی یا مدل سازیمشاهده پذیر ( ورودی ها) مشاهده پذیر های دیگر( خروجی )

اسلاید ۶: ۶متناظر : دما ، فشار، تعداد متغیر ها ، … اطلاعات حاصل از شبیه سازی هم از لحاظ تحقیقاتی و هم از لحاظ صنعتی سودمند اند زیرا انجام آزمایش های تجربی در آن شرایط شبیه سازی شده یا غیر ممکن است یا هزینه بر است.تعداد بسیار زیادی از پدیده ها را از مقیاس اتمی تا مقیاس کهکشان می توان با شبیه سازی مطالعه کرد.برای شبیه سازی مولکولی سیستم مورد مطالعه ابتدا برای آن مدلی پیشنهاد می کنیم و مشاهده پذیر های آن انتخاب می شود سپس شبیه سازی انجام می شود تا پیکر بندی های مختلف از یک سیستم یا مولکول را تولید می کنیم و ویژگی های میکروسکوپی یک سامانه ( مثل جرم اتم ها ، برهم کنش های اتم ها ، ساختار هندسی مولکول و … ) را به خواص ماکروسکوپی سامانه ( مثل دما ، فشار ، حجم وانرژی درونی …) ارتباط می دهیم. مراحل کلی یک شبیه سازی :۱- تعیین یا ساختن مدل ۲- محاسبه مسیر های مولکولی یا پیکر بندی های مختلف از مولکول ۳- تجزیه و تحلیل مسیر ها و محاسبه خواص ترمودینامیکیانواع شبیه سازی ها از نظر قطعیت :تعیینی تصادفی یا کاتوره ایدینامیک مولکولی دینامیک لانژوینی دینامیک براوانی مونت کارلوی نیروی جهت یافته مونت کارلوی متروپولیس

اسلاید ۷: Structural biologyComputational chemistryMedicinalchemistry Biochemistryچند تا از اهداف مهم مدلسازی پروتئین ها پرکردن شکاف بین بانک اطلاعاتی ترادف و بانک اطلاعاتی ساختار سه بعدی پروتئین ها پیدا کردن ساختار سه بعدی پروتئین هایی که برای کریستالوگرافی اشعه ایکس یا رزنانس مغناطیسی هسته خیلی بزرگ هستند- پیشگویی ساختار سه بعدی پروتئین ها با همان دقت روشهای تجربی بدست آوردن نقطه ذوب یک پروتئین و بررسی پایداری در اثر تغییرات داخلی یا خارجی و ….درک علت رخ دادن پدیده های زیستی و بیوشیمیایی و پیشگوییخواص و عملکرد آن در اثر هر تغییر دلخواه – طراحی داروهای جدید با کارایی و سرعت بیشترو هزینه کمتر۷مزایای روشهای محاسباتی و مدلسازی:- نظر منفی روشهای محاسباتی قاطع است.نظر مثبت روشهای محاسباتی به معنی شاید است!- این روشها سریع ترین و کم هزینه ترین روشها نسبت به سایر روشها می باشند.

اسلاید ۸: CompanyProjectAir LiquideDesign zeolites for O2/N2 separationAir Prod & ChemAdhesives, adsorptionAlbemarleFlame retardancyAmocoCatalysis-homo/heterogeneous, thermochemistryDuPontThermo, kinetics, catalysisExxon R&ENOx kinetics, elementary and networked reactions, safetyProcter & GambleDesigned detergent enzymeHerculesPolysaccharide rheologyچند مثال از کاربرد های صنعتی شبیه سازی ۸

اسلاید ۹: کاربرد روشهای محاسباتی در دارو سازیدامنه امکان کاربرد محاسبات هزینه متوسط دستیابی به خواص یک ترکیب نامزدهزینه متوسط دستیابی به خواص یک ترکیب نامزددرصد هزینه کرد بخش تحقیق و توسعه صنایع داروییدرصد هزینه کرد بخش تحقیق و توسعه صنایع داروییدورهدرصدمحاسباتآزمایشاتمحاسباتیآزمایشگاهیسال۰ناممکن۰۰۰,۱۰۰۱۰۰۱۹۵۰۰ناممکن۰۰۰,۱۰۰۱۰۰۱۹۶۰۱۰۰۰,۰۰۰,۲۰۰۰,۱۵۲۹۸۱۹۷۰۲۰۰۰,۳۰۰۰۰۰,۲۰۴۹۶۱۹۸۰۴۰۰۰,۱۰۰۰۰۰,۳۰۸۹۲۱۹۹۰۸۰۰۰,۵۰۰۰۰,۴۰۱۲۸۸۱۹۹۵۱۵۰۰۰,۲۰۰۰۰,۵۰۲۰۸۰۲۰۰۰۲۵۰۰۰,۱۰۰۰۰,۷۰۳۰۷۰۲۰۰۵۳۰۰۰۰,۵۰۰۰,۱۰۰۴۰۵۰۲۰۱۰۴۰۰۰۰,۲۰۰۰,۱۴۰۵۰۵۰۲۰۱۵۶۰۰۰۰,۱؟۸۰۲۰۲۰۲p>

اسلاید ۱۰: Drug design for Diabetes Type IIWilliam Lipscombfalcipain inhibitors Ring et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90, 3583-3587 (1993)FluA HA fusion inhibitors Bodian et al., Biochemistry, 32, 2967-3978 (1993)HIV Tat-TAR interaction inhibitors Filikov et al. J. Comput-Aided Mol. Des. 12, 229-240 (1998)CD4-MHC II inhibitors Gao et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 94, 73-78 (1997) HIV gp41 inhibitors Debnath et al.; J. Med. Chem, 42, 3203-32)aquaporin-1 mechanismB. de Groot & H. Grubmüller,Science 294: 2353-2357 (2001)photo-isomerizationG. Groenhof et al. ,J. Am. Chem. Soc. 126:4228-4233 ,(2004)reaction pathwaysDiels-Alder cyclo-addition mechanismExamples and Success Stories10

اسلاید ۱۱: ۱۱computer-aided design and drafting

اسلاید ۱۲: Biocomputing: Intersection of Biology and Computation Bioinformatics : This includes management of biological databases, data mining and data modeling, as well as IT-tools for data visualization Computational Biology : This includes efforts to solve biological problems with computational tools (such as modeling, algorithms, heuristics) DNA computing and nano-engineering : This includes models and experiments to use DNA (and other) molecules to perform computations Computations in living organisms : this is concerned with constructing computational components in living cells, as well as with studying computational processes taking place daily in living organisms. Computational chemistry:

اسلاید ۱۳: ۱۳شیمی محاسباتی : استفاده از روشهای ریاضی، آماری، محاسبات عددی و رایانه‌ای در حل معادلات تعادلی و معادلات حرکتی مربوط به پدیده‌های فیزیکی و شیمیاییابزار شیمی محاسباتی را می توان به چهار دسته کلی تقسیم کرد که عبارتند از : ۱- روشهای مکانیک مولکولی (MM) : فقط هسته اتم ها را در نظر می گیریم و هدفمان پیدا کردن صورتبندی است که کمترین انرژی پتانسیل را دارد مثلا به کمک برنامه Hyperchem 2- روش مونت کارلو(MC): انتخاب محتملترین توزیع ها از بین توزیع کاتوره ای ذرات در فضا ۳-روشهای دینامیک مولکولی (MD): فقط هسته اتم ها را در نظر می گیریم و هدف بررسی تغییرات هندسه سیستم در طول زمان و بر اساس مکانیک کلاسیک وحل عددی قانون دوم نیوتن می باشد. ۴- روشهای ساختار الکترونی: هر دوی الکترون ها و هسته اتم ها در نظر می گیریم به بررسی توزیع الکترونها را در یک مولکول می پردازد و متکی بر حل معادله شرودینگر است و سه بخش آن عبارتند از : روشهای از آغاز (ab inititio)، روشهای نیمه تجربی((Semiemperical و نظریه تابعیتی چگالی Density function theory)) مثلا به کمک برنامه گوسین یا برنامه Games یا برنامه Orca یا … ۵- روشهای هیبریدی مکانیک مولکولی-کوانتوم مکانیک(Molecular Mechanic- Quntum Mechanic )

اسلاید ۱۴: مدل برای مولکول: از گلوله ( اتم) و فنر( پیوند) تشکیل شده استبا کشیدن و جمع شدن پیوند ها انرژی پتانسیل مولکول تغییر می کندپیوند های مولکول همیشه در حال ارتعاش هستند بنابراین مولکول همیشه دارای انرژی پتانسیل و جنبشی می باشد( انرژی نقطه صفر ZPE= انرژی جنبشی مولکول در اثر ارتعاش پیوند ها در صفر کلوین )- مولکولها در حالت طبیعی طول پیوندها و یا فاصله اتم ها را از هم طوری تعیین می کنند که مولکول در کمترین انرژی پتانسیل قرار بگیرد ، البته مولکول های واقعی بعلت ارتعاش دائمی پیوند ها در کمترین انرژی پتانسیل قرار نمی گیرند بلکه در نزدیکی آن قرار می گیرند و شماری از تراز های انرژی را اشغال می کنند.با تغییر همزمان همه پیوند ها در یک مولکول یک سطح چند بعدی بدست می آید که به آن سطح انرژی پتانسیل می گویندPES

اسلاید ۱۵: میدان نیرو(Force field): عبارت ریاضی برای انواع بر هم کنش های موجود در یک سامانه که میدان نیروسنگ بنای شبیه سازی رایانه ای است..تابع پتانسیل را به چند قسمت می توان تقسیم کرد: پتانسیل های پیوندی پتانسیل های غیر پیوندیپتانسیل های ترکیبی پتانسیل های ویژه

اسلاید ۱۶: پتانسیل کشش پیوند: تابعی از طول پیوند و ثابت پیوند می باشد- پتانسیل هامونیک یا هماهنگ یا هوک- پتانسیل مورس: r016

اسلاید ۱۷: پتانسیل خمش زوایا: بستگی به زاویه بین دو اتم دارد و بر اساس قانون هوک است ۱۷

اسلاید ۱۸: پتانسیل چرخش یا زاویه دیهدرال متعارفانرژی پتانسیل چرخشی مربوط به چرخش پیوند B-C در چهار تایی A-B-C-D می باشد n=3 ethanen=2 ethylenen=1 butaneزوایه چرخشی یا دیهدرال : زاویه بین صفحه ABC و صفحه BCD یا زاویه حاصل از چرخش پیوند کووالانسی BC که تعیین کننده ساختار پروتئین ها (صورتبندی یا کونفورماسیون )۱۸HHHHHHNewmanprojection0= 60= زاویه چرخشی و n چندگانگی (multiplicity) است

اسلاید ۱۹: Improper torsions and out of plane bending motionsپتانسیل چرخش نامتعارف۱۹از ترکیب دو نوع پتانسیل پیوندی بوجود می آید ، مثل کشش – کشش، کشش-خمش، کشش- پیچش و .. در بعضی از میدانهای نیرو از جمله های ترکیبی نیز استفاده می کنند پتانسیل های ترکیبی

اسلاید ۲۰: انرژی پتانسیلفاصله دو اتم پیوند واندر والسی : دوقطبی شدن لحظه ای اتم های غیر قطبی : رابطه لنارد جونز : دوری و دوستی ضعیف و غیر اختصاصی : انرژی : ۱ کیلوکالری بر مول : راحت می شکند بین همه انواع اتم ها و مولکولها : قطبی و غیر قطبی وجود دارد طبیعت همیشه ته چاه انرژی پتانسیل استکاسه پتانسیلجاذبه دافعهعمق چاه پتانسیل فاصله بهینه دو اتم پتانسیل های غیر پیوندی:این پتانسیل ها یا دو ذرهای و یا چند ذره ای باشددر میدانهای نیروی فعلی فقط میان کنش های دو ذره ای در نظر گرفته می شود و بر اساس لیست همسایگی محاسبه می شود انواع: پتانسیل کولنی و پتانسیل واندروالسی ( یا لندنی یا پراکندگی (dispersion))20

اسلاید ۲۱: مثال : انرژی واندر والسی بین دو اتم کربن و نیتروژن وقتی در فاصله الف- ۵ انگستروم هستند و ب- در فاصله ۲ انگستروم هستند را حساب کنید. req0N3.50.16C3.40.12پتانسیل باکینگهام : واقعی تر و انعطاف پذیر از رابطه لئونارد جونز است ولی محاسبات را سنگین تر می کندکه عمق چاه پتانسیل و rm فاصله تعادلی و یک عدد ثابت استانواع دیگر مدل برای پتانسیل واندروالسی عبارتند از پتانسیل ترسوف، پتانسیل مدل کره سخت ف و پتانسیل ساتن- چن۲۱کریستال فواصل بین اتم ها گرمای تصعید۲r0 0

اسلاید ۲۲: تعریف Pka : pH ای که در آن نیمی از از جایگاههای گروه قابل تیتر پروتونه هستند ونیم دیگر بدون پروتون HA H+ + A- اگر pH محیط= pKa باشد : بار اسید ضعیف صفر می شود [A-] = [HA] اگر pH محیط > pKa باشد : بار اسید منفی می شود [A-] > [HA] اگر pH محیط < pKa باشد : بار اسید مثبت می شود [A-] < [HA]pKa محلی : pka یک اسید امینه در یک محیط خاص.نکته : در اثرهیدروفوب شدن محیط اطراف یک اسید آمینه ممکن است Pka محلی آن عوض شود. دوسرور در اینترنت که pka محلی اسید آمینه های یک پروتئین دلخواه را محاسبه می کنند عبارتند از propka , H++pKa آسپارتیک ، گلوتامیک: حدود ۴pKa لیزین ، آرژنین : حدود ۱۱ Pka هیستیدین : ۶.۵ : علت استفاده از هیستیدین در اکتیوسایت pKa= -log Ka ka = [H+] [A-][HA]ثابت تفکیکنحوه بدست آوردن Pka : وسط منحنی تیتراسیون۲۲

اسلاید ۲۳: روش محاسبه بار (q) یک اسید آمینه یا یک پروتئین بار پروتئین = جمع جبری بار رزیدو های در پروتئین pH ایزو الکتریک یک پروتئین (PI) : pH ای که بار پروتئین در آن صفر می شود و رسوب می کند و در میدان الکنریکی متوقف می شودpH بهینه یک پروتئین = pH ای که در آن رزیدو های اکتیو سایت و رزیدو های سطح پروتئین بار مناسبی دارندو آنزیم حداکثر فعالیت خود را دارا می باشد مزاج غذا ها ، طبع انسان ، الکالوز ، اسیدروز بار یک اسید آمینه = محیط Pka-pH pH ایزوالکتریک یک اسید آمینه = PI-pH بار پروتئین = محیطمحاسبه ثابت دی الکتریک موثر محیط:محاسبه جهش در یکی از رزیدو های کلیدی اکتیو سایت : تغییر pH بهینه عملکرد پروتئین : محاسبه پتانسیل الکتریکی القاء شده توسط جهش : محاسبه ثابت دی الکتریک موثر محیط ۲۳

اسلاید ۲۴: میانکنش های الکتروستاتیک بین بار های مخالف الکتریکی غیر جفتی ( چند بار روی هم اثر می گذارند )( بر خلاف میانکنش های واندر والسی) به خواص محیط بستگی دارد : ثابت دی الکتریک محیط به شکل اجسام بار دار بستگی دار با غلظت یونهای موجود در محیط یا قدرت یونی رابطه عکس دارد: وابسته به دما است انواع میانکنش های الکتروستاتیک بار نقطه ای –بار نقطه ای(یون –یون) : قوی ترین دو قطبی – دو قطبی ( پل نمکی) دو قطبی –دو قطبی لحظه ای دو قطبی –یونی چهار قطبی – چهار قطبی دو قطبی القایی–دو قطبی القایی یا پیوند واندر والس : رابطه لئونارد- جونز و غیره ۱انرژی الکتروستاتیک Iقدرت یونی۲۴

اسلاید ۲۵: نیروی الکتریکی : قانون کولن:F=q1q2/r2میدان الکتریکی (نیوتن بر کولن) : نیرویی که در فاصله معین از بار q1 به واحد بار مثبت وارد می شود. : E=F/q2 =q1/r2 پتانسیل الکتریکی (ولت) : پتانسیل الکتریکی بار q در یک محیط با نفوذ پذیری و در فاصله r با این فرمول محاسبه می شود : =q/r بار الکتریکی همیشه از پتانسیل زیاد الکتریکی به پتانسیل کمتر می رود و اختلا ف پتانسیل الکتریکی () سبب شارش بار الکتریکی می شودانرژی پتانسیل الکتریکی U: کار لازم برای بهم چسباندن بار q1 به بار q2 : U=w= Fr=q1q2/r2 r=q1q2/rیاVیا کار لازم برای جابجایی بار واحد بین دو نقطه که اختلاف پتانسیل بین آنها است : U=q2=q1q2/r نیروی الکتریکیپتانسیل الکتریکی۲۵

اسلاید ۲۶: میانکنش های الکترو استاتیک نفوذ پذیری یا ثابت دی الکتریک محیط بین دو بار الکتریکی قطبی بودن مولکولهای محیط : قطبی : بزرگ ، غیر قطبی : کوچکThe electrostatics scheme colors each vertex on the surface according to the electrostatic potential at that vertex using a red-to-blue gradient from -7.0 to +10.0 آب = ۷۸ یا ۸۰ محیط داخل پروتئین = ۳ خلاء = ۱قابلیت عبور میدان الکتریکی نظم مولکولهای محیط به دمای محیط بستگی دارد : افزایش دما : کاهش نظم و ضریب دی الکتریک محیط : افزایش میانکنش های الکترو ستاتیک شکل چهار بعدی۲۶

اسلاید ۲۷: آب = ۸۰ انرژی الکتروستاتیک ۱.۵ کیلوکالری بر مول = ۳محیط داخل پروتئین انرژی الکتروستاتیک ۴۰کیلو کالری بر مول بار های الکتریکی ترجیح می دهند داخل پروتئین نروند ودر سطح پروتئین بمانندفقط هنگامی که مجبور می شوند بخاطر نقش عملکردی به داخل می روند ناهمگن بودن محیط بین بار های الکتریکی : ضریب دی الکتریک موثر عوامل موثر درحلالیـت پروتئین ها : ثابت دی الکتریک ، دما ، pH محیط ، قدرت یونی محیط یا غلظت یونها در محیط ثابت دی الکتریک محیط حل شوندگی پروتئین قدرت یونی در موجود زنده ۱۴۰ میلی مولار می باشد۲۷

اسلاید ۲۸: پیوند هیدروژنی ماهیت الکتروستاتیک دارد- بین هیدروژن و الکترون گیرندهAcceptorD-H……… :A-دهنده Donorجفت الکترونپیوند قطبی ، کش می آید O, NO, N, Fطول پیوند هیدروژنی : ۳.۱ تا ۲.۷ – انرژی پیوند هیدروژنی : ۵ کیلوکالری بر مول قدرت پیوند هیدروژنی هرچه به امتداد خط مستقیم نزدیک تر باشد قوی تراست و به جهت گروه دهنده بستگی دارد بعلاوه به طول پیوند هیدروژنی هم بستگی دارد ………:A-CD-H………<20-3 به زاویهمثالفاصله کمتر از حالت عادیهر جفت الکترون یک پیوند هیدروژنی هیدروژن : یک پیوند اکسیژن : دو پیوندنیتروژن : سه پیوندانرژی پیوند هیدروژنی: = زاویه DHA28

اسلاید ۲۹: ۲۹

اسلاید ۳۰: ۳۰انواع کلی میدان نیرو : واکنشی: غیر واکنشی: انواع میدانهای نیرو: عمومی : GROMOS ، AMBER ، CHARM ، OPLS خاص : Tersoft: برای شبیه سازی نانوتیوب ها

اسلاید ۳۱: ۳۱میدان نیروی گروهی

اسلاید ۳۲: پتانسیل های ویژه:پتانسیل هایی هستند که به کاربر امکان محدودیت بر روی حرکات سامانه می دهند پتانسیل تقید مکانی (Position restraints ) ذرات را در یک مکان مرجع ثابت می کند ( مثلا به تعادل رساندن یک پروتئین در جعبه محت