Molekulové simulace vlivu intenzivního subTHz elektrického pole na proteiny

Abstract

Cílem této práce bylo prozkoumat vliv subTHz elektrického pole na klíčový protein - tubulinový dimer, který je zásadní pro stabilitu, pohyblivost a dělení buněk. Tato studie byla provedena in silico, což znamená, že jsme systém studovali pomocí simulací. Pra- covali jsme v rámci klasické molekulární dynamiky s využitím silových polí. Používali jsme balíček GROMACS spolu s našimi vlastními Python a bash skripty. Zabývali jsme se simulacemi molekulární dynamiky v neekvilibriu, protože bylo aplikováno externí elek- trické pole (EEF). Abychom studovali vliv EEF na strukturu a stabilitu tubulinového dimeru, byly provedeny analýzy odchylek struktury (RMSD), fluktuací reziduí (RMSF) a dipólového momentu. Kromě toho jsme také analyzovali rotační pohyb způsobený EEF. Zkoumali jsme 15 různých frekvencí EEF - 10, 20, 30, . . ., 150 GHz v 6 různých směrech. Pro statistické vyhodnocení byly všechny výpočty provedeny třikrát, pokaždé s různými počátečními rychlostmi přiřazenými před ekvilibrací, aby se prozkoumaly různé části fázového prostoru. Pro lepší výsledky je v budoucnu potřeba provést mnohem větší statistiku. Bohužel to nebylo možné, protože simulace byly již velmi výpočetně náročné. Přesto jsme se z našich výsledků mnoho naučili, například že elektrické pole s frekvencí 10 - 40 GHz mělo silný rotační efekt na...

The aim of this thesis was to probe the effect of the subTHz electric field on a key protein - tubulin dimer, which is crucial for the cell's stability, motility and division. This study was done in silico, which means that we studied the system through the simulations. We worked in the framework of classical molecular dynamics with force- fields. We used the GROMACS package together with our own Python and bash scripts. We were dealing with nonequilibrium molecular dynamics simulations since the external electric field (EEF) was applied. To study the effect EEF on the structure and stability of tubulin dimer, root mean square deviations, root mean square fluctuations and dipole moment analysis were performed. Additionally, we also analyzed the rotational motion caused by EEF. We probed 15 different frequencies of EEF - 10, 20, 30, . . ., 150 GHz in 6 different directions. For statistics, all calculations were done three times, each time with different initial velocities assigned before equilibrations, to probe different parts of the phase space. For better results, much larger statistics needs to be done in the future. Unfortunately, this was not possible since the simulations had already been very computationally expensive. Still, we were able to learn a lot from our results, such as that the electric...