Wednesday, April 21, 2010

QM/MM

Metode gabungan QM/MM semakin populer dan powerful untuk memodelkan reaksi enzim. Metode ini menggabungkan penggambaran kimia kuantum dari gugus yang langsung terlibat dalam reaksi dengan perlakuan yang lebih sederhana mekanika molekul untuk enzim dan lingkungannya (Rustaman, 2008).

Skema penggandengan yang berbeda dapat digunakan untuk menangani interaksi antara bagian QM dengan bagian MM. Enzim bersifat polar, sehingga penting untuk memasukkan polarisasi dari atom-atom QM dengan atom-atom tetangga MM, seperti yang selalu dimasukkan dalam studi enzim secara QM/MM. Metode QM/MM tersebut telah menunjukkan nilainya dalam mengidentifikasi fungsi-fungsi katalitik untuk residu-residu yang memiliki bagian aktif (seperti prolin yang pada monooksigenase bergantung pada flavin), dalam menjawab pertanyaan mekanistik dan menyarankan serta menguji prinsip-prinsip katalitik (seperti pengaruh konformasi dan kestabilan struktur keadaan transisi dalam enzim chorismate mutase.

Perhitungan QM/MM dapat dilakukan pada tingkat perhitungan struktur elektronik yang berbeda-beda, seperti ab initio, semiempirik, fungsional kerapatan atau metode pendektan fungsi kerapatan (the self-consistent charge density-functional tightbinding (SCC-DFTB) yang menggabungkan efisiensi komputasi dengan keakuratan yang sesuai untuk kebanyakan penggunaan. Struktur keadaan transisi dapat dioptimasi dan simulasi dinamika molekul dapat dilakukan dengan metode QM/MM yang lebih sederhana (seperti QM/MM semiempirik). Perbedaan energi bebas, seperti energi bebas aktivasi dapat dihitung, juga pengaruh kuantum seperti tunneling dan koreksi zpe. Metode ini memiliki peran penting karena metode ini membolehkan simulasi yang lebih luas (simulasi dinamik dan Monte Carlo, sampling konformasi dan perhitungan lintasan reaksi). Metode semiempirik yang sudah diparameterisasi secara spesifik keakuratan yang lebih baik untuk reaksi tertentu. (Rustaman, 2008).

Menerapkan metode QM/MM perlu ketelitian, contohnya dalam memilih sistem QM dan dalam mempartisi QM/MM, untuk sejumlah kecil enzim (enzim chorismate mutase) tidak ada interaksi kovalen antara enzim dan substrat sehingga pemisahan ke dalam bagian QM dan MM dapat dilakukan langsung; interaksi QM/MM hanya akan memasukkan bagian MM untuk interaksi van Der Waals dan QM/MM untuk interaksi elektrostatik, meskipun dalam banyak hal, batas antara bagian QM dengan MM harus memisahkan atom-atom yang terikat secara kovalen. Beberapa metode telah dikembangkan agar memungkinkan pemisahan antara QM/MM ini, termasuk atom penghubung (link atoms), contoh atom hidrogen yang ditambahkan pada atom-atom batas QM, orbital hibrida yang digeneralisir pseudobonds dan orbital terlokalisasi.

Metode QM/MM telah secara luas diuji dan sudah ditemukan bahwa jika diterapkan dengan sesuai (contoh mempartisi ikatan-ikatan tunggal C-C jauh dari muatan kimia) kebanyakan dapat memberikan gambaran yang sesuai, sama pentingnya dengan metode mempartisi QM/MM adalah lokasi bidang batas, memperlakukan interaksi ikatan QM/MM (semua term ikatan MM melibatkan minimal satu atom MM tetap (retained)) dan perlakuan interaksi elektrostatik QM/MM pada bidang batas (contohnya seringkali sebaiknya menghilangkan interaksi QM/MM dengan atom MM yang terikat secara kovalen). Pengaruh elektrostatik jarak-jauh mungkin signifikan dan perlu dimasukkan (contoh melalui model solvasi kontinum digabungkan dengan pemodelan QM/MM) (Rustaman, 2008).

Penerapan metode QM/MM belum standar seperti metode perhitungan QM atau MM murni, namun pekerjaan yang ekstensif telah menentukan prosedur dan pendekatan yang sudah ditunjukkan layak dan menunjukkan menghasilkan prediksi yang baik, dalam beberapa hal, memungkinkan untuk memvalidasi hasil perhitungan QM/MM tentang energi aktivasi melalui korelasi dengan konstanta laju reaksi hasil percobaan untuk reaksi enzim. Penting untuk diingat bahwa komplikasi yang dapat muncul pada pemodelan protein (kualitas dan kesesuaian struktur kristal, pengaruh ketidakteraturan, seperti konformasi alternatif atau residu yang hilang, mungkin keadaan protonasi dari gugus yang dapat diionisasi), pada prakteknya, struktur kristal dengan resolusi tinggi dari kompleks enzim yang relevan (contoh substrat yang terikat atau keadaan transisi analognya) diperlukan untuk pemodelan mekanisme yang layak. Resolusi struktur kristal adalah suatu indikasi dari ketepatan struktur tetapi ini bukan satu-satunya faktor yang harus dipertimbangkan, kompleks harus mewakili kompleks reaktif dan contohnya bukan untuk konformasi yang tidak reaktif pada kondisi pH dan konsentrasi terlarut yang terkait dengan lingkungan dimana enzim yang sebenarnya berfungsi. Struktur kristal mewakili rata-rata semua molekul dalam kristal dan semua waktu selama eksperimen kristalografi; perata-rataan ini kadang-kadang berlaku untuk rantai samping asam amino. Struktur kristal protein sebaiknya tidak dipandang sebagai struktur molekul tunggal sederhana, seperti simulasi biomolekul lainnya, struktur awal sebaiknya diperiksa secara hati-hati pada tahap-tahap awal terhadap potensinya dalam kesulitan nantinya atau ketidakpastiannya (Rustaman, 2008).

Perhitungan QM/MM dapat memberikan pengetahuan mengenai mekanisme enzim dan spesifitas. Metode QM/MM juga menjadi semakin penting dalam mempelajari ikatan ligan, yang mana metode ini menawarkan beberapa keuntungan dibandingkan metode MM, termasuk gambaran fisik yang lebih baik tentang ligan (contohnya tentang polarisasinya) dan menghidari kebutuhan akan parameterisasi yang cukup menyita waktu. Bidang ini masih berkembang dan belum sampai pada tahap dimana prediksi kuantitatif dan eksak, contoh laju reaksi dapat secara rutin dibuat, untuk alasan ini, penting untuk memvalidasi hasil prediksi yang dihasilkan dari pemodelan dengan data eksperimen, prediksi nilai pKa gugus-gugus fungsi dalam protein ini memberikan suatu contoh jenis pengujian yang berguna dan akurat. Perkembangan terkini meliputi penggunaan metode QM/MM untuk simulasi gangguan energi bebas, contohnya untuk menghitung binding affinity relatif dan pada molecular docking. (Rustaman, 2008).

Perhitungan hybrid QM/MM, melibatkan pembagian sistem ke dalam dua daerah yaitu, sebuah daerah QM, khususnya terdiri dari atom relatif kecil bersangkutan daerah spesifik untuk penyelidikan, dan daerah MM adalah daerah sisa atom. Hamiltonian sistem (H) adalah (Gustavo de M. Seabra, 2007):

1 comments:

Anonymous said...

Mas,refernsinya ntu dari buku apa?
boleh mintah dapus dari referensi di atas?

Post a Comment

 

Religious Myspace Comments
MyNiceProfile.com

flash counter
Top 10 Award

FAIJAL CHEMISTRY Copyright © 2009 WoodMag is Designed by Ipietoon for Free Blogger Template