Модель Лифсона – Ройга

В науке о полимерах модель Лифсона – Ройга ^{[ 1 ]} представляет собой модель перехода спираль-спираль, примененную к альфа-спираль - случайный клубок переходу полипептидов ; ^{[ 2 ]} это уточнение модели Зимма-Брэгга полипептида , которая признает, что альфа-спираль стабилизируется водородной связью только тогда, когда три последовательных остатка принимают спиральную конформацию. Чтобы рассмотреть три последовательных остатка, каждый из которых имеет два состояния (спираль и клубок), модель Лифсона-Ройга использует матрицу переноса 4x4 вместо матрицы переноса 2x2 модели Зимма-Брэгга, которая рассматривает только два последовательных остатка. Однако простая природа состояния катушки позволяет для большинства приложений свести его к матрице 3х3.

Модели Зимма-Брэгга и Лифсона-Ройга являются лишь первыми двумя в серии аналогичных методов переноса матрицы в науке о полимерах, которые также применялись к нуклеиновым кислотам и разветвленным полимерам. Подход матрицы переноса особенно элегантен для гомополимеров, поскольку статистическую механику можно точно решить с помощью простого собственного анализа .

Параметризация

Модель Лифсона-Ройга характеризуется тремя параметрами: статистическим весом зарождения . спирали, весом распространения спирали и весом образования водородной связи, который предоставляется только в том случае, если три последовательных остатка находятся в спиральном состоянии Веса присваиваются каждому положению в полимере в зависимости от конформации остатка в этом положении и в зависимости от двух его соседей. Статистический вес 1 присваивается «эталонному состоянию» узла катушки, соседями которого являются оба катушки, а единица «зародышеобразования» определяется (несколько произвольно) как два последовательных спиральных элемента, соседствующие с катушкой. Основная модификация исходной модели Лифсона-Ройга вводит параметры «кэпирования» для спиральных концов, в которых веса кэпирования N- и C-концев могут варьироваться независимо. ^{[ 3 ]} Корреляционная матрица для этой модификации может быть представлена в виде матрицы M, отражающей статистические веса состояния спирали h и состояния спирали c .

М	хх	хк	ч	копия
хх	В	v	0	0
хк	0	0	${\sqrt {nc}}$	с
ч	v	v	0	0
копия	0	0	н	1

Модель Лифсона-Ройга может быть решена методом матрицы переноса с использованием матрицы переноса M, показанной справа, где w - статистический вес для распространения спирали, v для инициации, n для N-концевого кэпирования и c для C- перекрытие терминала. (В традиционной модели n и c равны 1.) Статистическая сумма для равновесия перехода спираль-клубок равна

Z=V\left(\prod _{i=0}^{N+1}M(i)\right){\tilde {V}}

где V — конечный вектор $V=[0001]$ , устроенный так, чтобы обеспечить состояние клубка первого и последнего остатков в полимере.

Эта стратегия параметризации переходов спираль-клубок была первоначально разработана для альфа-спиралей , чьи водородные связи возникают между остатками i и i+4 ; однако модель легко расширить до 3 ₁₀ спиралей и пи-спиралей с i+3 и i+5 схемой водородных связей соответственно. Полная передаточная матрица альфа/3 ₁₀ /pi включает веса для переходов между типами спиралей, а также между состояниями спирали и катушки. Однако, поскольку _{спирали 310} гораздо чаще встречаются в третичных структурах белков, чем пи-спирали, расширение модели Лифсона-Ройга для размещения _{спиралей 310} , что приводит к матрице переноса 9х9, когда включено кэпирование, обнаружило больший диапазон приложение. ^{[ 4 ]} Были предложены аналогичные расширения модели Зимма-Брэгга, но они не учитывали смешанные спиральные конформации. ^{[ 5 ]}

Ссылки

^ Виталис, А.; Кафлиш, А. (2012). «50 лет моделей Лифсона-Ройга: применение к данным молекулярного моделирования Американского химического общества» . Журнал химической теории и вычислений . 8 (1): 363–73. дои : 10.1021/ct200744s . ПМИД 26592894 . Проверено 14 декабря 2011 г.
^ Лифсон С., Ройг А. (1961). «К теории перехода спираль-клубок в полипептидах». J Chem Phys . 34 (6): 1963–1974. Бибкод : 1961ЖЧФ..34.1963Л . дои : 10.1063/1.1731802 .
^ Дойг А.Дж., Болдуин Р.Л. (1995). «Предпочтения N- и C-кэпирования для всех 20 аминокислот в альфа-спиральных пептидах» . Белковая наука . 4 (7): 1325–1336. дои : 10.1002/pro.5560040708 . ПМК 2143170 . ПМИД 7670375 .
^ Рол Калифорния, Дойг А.Дж. (1996). «Модели переходов 3 (10)-спираль/клубок, пи-спираль/клубок и альфа-спираль/3 (10)-спираль/клубок в изолированных пептидах» . Белковая наука . 5 (8): 1687–1696. дои : 10.1002/pro.5560050822 . ПМК 2143481 . ПМИД 8844857 .
^ Шейнерман Ф.Б., Брукс К.Л. (1995). «310 спиралей в пептидах и белках, изученных с помощью модифицированной теории Зимма-Брэгга». J Am Chem Soc . 117 (40): 10098–10103. дои : 10.1021/ja00145a022 .

[1] Виталис, А.; Кафлиш, А. (2012). «50 лет моделей Лифсона-Ройга: применение к данным молекулярного моделирования Американского химического общества» . Журнал химической теории и вычислений . 8 (1): 363–73. дои : 10.1021/ct200744s . ПМИД 26592894 . Проверено 14 декабря 2011 г.

[Lifson-2] Лифсон С., Ройг А. (1961). «К теории перехода спираль-клубок в полипептидах». J Chem Phys . 34 (6): 1963–1974. Бибкод : 1961ЖЧФ..34.1963Л . дои : 10.1063/1.1731802 .

[Doig-3] Дойг А.Дж., Болдуин Р.Л. (1995). «Предпочтения N- и C-кэпирования для всех 20 аминокислот в альфа-спиральных пептидах» . Белковая наука . 4 (7): 1325–1336. дои : 10.1002/pro.5560040708 . ПМК 2143170 . ПМИД 7670375 .

[Rohl-4] Рол Калифорния, Дойг А.Дж. (1996). «Модели переходов 3 (10)-спираль/клубок, пи-спираль/клубок и альфа-спираль/3 (10)-спираль/клубок в изолированных пептидах» . Белковая наука . 5 (8): 1687–1696. дои : 10.1002/pro.5560050822 . ПМК 2143481 . ПМИД 8844857 .

[Sheinerman-5] Шейнерман Ф.Б., Брукс К.Л. (1995). «310 спиралей в пептидах и белках, изученных с помощью модифицированной теории Зимма-Брэгга». J Am Chem Soc . 117 (40): 10098–10103. дои : 10.1021/ja00145a022 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]