Interakce látek s membránami z pohledu výpočetní chemie

Podobné dokumenty
Počítačová chemie. výpočetně náročné simulace chemických a biomolekulárních systémů. Zora Střelcová

Prokaryotická X eukaryotická buňka. Hlavní rozdíl organizace genetického materiálu (u prokaryot není ohraničen)

Mezimolekulové interakce

Molekulární dynamika polymerů

TRANSPORT PŘES MEMBRÁNY, MEMBRÁNOVÝ POTENCIÁL, OSMÓZA

Bioinformatika a výpočetní biologie KFC/BIN. I. Přehled

Analýzy vlivu cholesterolu na vlastnosti biomembrán pomocí molekulového modelování

BIOLOGICKÁ MEMBRÁNA Prokaryontní Eukaryontní KOMPARTMENTŮ

5. Lipidy a biomembrány

Biologie buňky. systém schopný udržovat se a rozmnožovat

F1190: Lipidy. Přednáška je podporována grantovými prostředky z programu: Reforma a rozvoj výuky Biofyziky pro potřeby 21. století

Prezentace navazuje na základní znalosti z biochemie (lipidy, proteiny, sacharidy) Dynamický fluidní model membrány 2008/11

Buněčné membránové struktury. Buněčná (cytoplazmatická) membrána. Jádro; Drsné endoplazmatické retikulum. Katedra zoologie PřF UP Olomouc

Molekulární dynamika vody a alkoholů

VÝZNAM REGULACE APOPTÓZY V MEDICÍNĚ

Membrány. Robert Vácha Kampus A CEITEC & Biofyzika & NCBR Masarykova univerzita

Univerzita Karlova v Praze - 1. lékařská fakulta. Buňka. Ústav pro histologii a embryologii

Lipidy a biologické membrány

2. Fotosensitizované reakce a jejich mechanismus. 5. Samoorganizované porfyrinové nanostruktury a jednoduché aplikace

Přírodní polymery proteiny

(molekulární) biologie buňky

Osud léčiv v organismu, aplikace léčiv. T.Sechser

pátek, 24. července 15 BUŇKA

LRR/BUBCV CVIČENÍ Z BUNĚČNÉ BIOLOGIE 2. PLASMATICKÁ MEMBRÁNA

Interakce laserového impulsu s plazmatem v souvislosti s inerciální fúzí zapálenou rázovou vlnou


Digitální učební materiál

Vnitřní prostředí organismu. Procento vody v organismu

Eva Benešová. Dýchací řetězec

RNDr. Ivana Fellnerová, Ph.D. Katedra zoologie PřF UP Olomouc 2008/11. *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

Nanotechnologie jako součást výuky fyziky

Vliv emisí z měst ve střední Evropě na atmosférickou chemii a klima

Typy molekul, látek a jejich vazeb v organismech

AKREDITOVANÉ STUDIJNÍ PROGRAMY

Mendělejevova tabulka prvků

HÝČKEJTE SVOU ALMA MATER Závěrečná zpráva

Metabolismus lipoproteinů. Vladimíra Kvasnicová

Soulad studijního programu

Seznam řešených projektů včetně informací o délce trvání projektu, objemu a poskytovateli finančních prostředků

Teorie transportu plynů a par polymerními membránami. Doc. Ing. Milan Šípek, CSc. Ústav fyzikální chemie VŠCHT Praha

KFC/CHL Chemická literatura. Rozvrh, Čt 15:00, LP O čem bude předmět, Informační zdroje Odpadá. Obsah Předmětu 9/22/2016

AKREDITOVANÉ STUDIJNÍ PROGRAMY

TOXICKÉ ÚČINKY NANOMATERIÁLŮ POUŽÍVANÝCH VE FARMACII A MEDICÍNĚ

Biofyzikální chemie membrány a děje na membránách. Zita Purkrtová říjen - prosinec 2015

Úloha membránového cholesterolu v signalizaci δ-opioidního receptoru Korelace se strukturou plazmatické membrány

Modelování nanomateriálů: most mezi chemií a fyzikou

V ŽIVOČIŠNÝCH BUŇKÁCH. *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

Studium enzymatické reakce metodami výpočetní chemie

Studium chemie na PřF UPOL. Mgr. Eva Schütznerová Katedra organické chemie

Národní centrum pro výzkum biomolekul & MetaCentrum

Soubory (atomů) molekul

Kapitoly z fyzikální chemie KFC/KFCH. I. Základní pojmy FCH a kinetická teorie plynů

Pro zředěné roztoky za konstantní teploty T je osmotický tlak úměrný molární koncentraci

Opakování

Soubory (atomů) molekul

TEPLOTNÍ ODOLNOST PVD VRSTEV VŮČI LASEROVÉMU POVRCHOVÉMU OHŘEVU

6, mol -1. Od supramolekulární chemie k nanomateriálům. mili - mikro - nano - piko - femto

Přehled pedagogické činnosti - doc. RNDr. Tomáš Obšil, Ph.D.

Tělesné kompartmenty tekutin. Tělesné kompartmenty tekutin. Obecná patofyziologie hospodaření s vodou a elektrolyty.


Předmět: KBB/BB1P; KBB/BUBIO

REVERZNÍ OSMÓZA PRO ZAKONCENTROVÁNÍ ESTROGENŮ PŘED JEJICH ANALYTICKÝM STANOVENÍM - MATEMATICKÝ POPIS PROCESU

Molekulová spektroskopie 1. Chemická vazba, UV/VIS


Separace plynů a par. Karel Friess. Ústav fyzikální chemie, VŠCHT Praha. Seminář Praha

FYTOREMEDIACE LÉČIV A JEJICH REZIDUÍ

Kyselina myristová, poměr vybraných mastných kyselin a jejich význam pro diagnostiku sepse

Využití strojového učení k identifikaci protein-ligand aktivních míst

Struktura biomakromolekul

Úvod do molekulové dynamiky simulace proteinů. Eva Fadrná

Interakce buněk s mezibuněčnou hmotou. B. Dvořánková

Význam surfaktantu a jeho komponent v diagnostice plicních patologií v intenzivní medicíně. Milan Kratochvíl, Jiří Mazoch, KARIM FN Brno

Lekce 9 Metoda Molekulární dynamiky III. Technologie

Zpráva ze zahraniční odborné stáže

LABIFEL: Laboratoře Biofyzikální Chemie a Elektrochemie

9. Lipidy a biologické membrány

2. Základy farmakologie (1)

Zasedání vědecké rady FCHI. 20. května 2011

Závěrečná zpráva projektu specifického výzkumu zakázka 2110.

Distribuce. Doc. PharmDr. František Štaud, Ph.D. Katedra farmakologie a toxikologie Univerzita Karlova v Praze Farmaceutická fakulta v Hradci Králové

VEGETAČNÍ BARIÉRY Mgr. Jan Karel

Modelování vázaného šíření teplotněvlhkostního

Lipidy, Izoprenoidy, polyketidy a jejich metabolismus

Simulované žíhání jako nástroj k hledání optimálního řešení

Inovace bakalářského studijního oboru Aplikovaná chemie. Reg. č.: CZ.1.07/2.2.00/

Vliv města na interakce mezi klimatem a kvalitou ovzduší

K otázce pokrytí publikační aktivity českých vysokých škol v bibliografických bázích dat

VLIV KMITÁNÍ TRUBKY NA PŘESTUP TEPLA V KANÁLU MEZIKRUHOVÉHO PRŮŘEZU

Modelování zdravotně významných částic v ovzduší v podmínkách městské zástavby

2. Základy farmakologie (1)

Analýza magnetických mikročástic mikroskopií atomárních sil

Výuka genetiky na Přírodovědecké fakultě UK v Praze

Biochemie I. Úvodní přednáška

Kapitoly z fyzikální chemie KFC/KFCH. VII. Spektroskopie a fotochemie

BIOCHEMIE. František Vácha.

Milada Roštejnská. Helena Klímová. Buňka. Pankreas. Ledviny. Mozek. Kost. Srdce. Sval. Krev. Vajíčko. Spermie. Obr. 1.

Současná formulace: Buňka je minimální jednotka, která vykazuje všechny znaky živých soustav

VÝZNAM FUNKCE PROTEINŮ V MEDICÍNĚ

Buněčné automaty a mřížkové buněčné automaty pro plyny. Larysa Ocheretna

Transkript:

Interakce látek s membránami z pohledu výpočetní chemie Karel Berka Regionální centrum pro pokročilé technologie a materiály a Katedra fyzikální chemie, Přírodovědecká fakulta, Univerzita Palackého, Olomouc, ČR

Buněčná membrána Singer, S. J.; Nicolson, G. L., The fluid mosaic model of the structure of cell membranes. Science 1972, 175, 720-31. 2

Endoplasmatic Reticulum Endoplasmatické retikulum Složení membrán Plasma Phosphatidylcholine Phosphatidylethanolamine Glycolipids Others Phosphatidylserine Sphingomyelin Cholesterol Meer G., Voelker DR., Feigenson GW. Nat Rev Mol Cell Biol. 2008; 9(2): 112 124. 3

Motivace Kde se na membráně vyskytují substráty, které zpracovávají cytochromy P450 Cytochrome P450 2C9 + ibuprofen CPR CYP?? DS P e - substrát ibuprofen product 3-hydroxy ibuprofen S 4 4

Model membrány ER ev. plasmatická membrána Většinu tvoří fosfatidylcholiny (PC) Vacha et al. J Phys Chem A 2009 DOPC 5 5

Relative density Tisíce Ibuprofen volná MD simulace z různých výšek nad membránou Distribution of S-ibuprofen during 10 ns simulation in explicit DOPC/water environment 2 1 zan2 zan3 zan4 zan5 zan6 zan7 zan8 zan9 DOPC_AVG starts 0-4.00-3.00-2.00-1.00 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 distance from the centre of membrane [nm] volná simulace nebyla dostatečně informativní, ibuprofen je asi nejspíše v membráně 6

Profil volné energie 1. Příprava systému 2. Vytvoření startovních struktur volná simulace cílená simulace 3. Umbrella sampling 4. Weighted-Histograms Analysis (WHAM) Z rozdílů populací se dá spočítat volná energie: P 1 /P 2 = exp ( G/k B.T) 7

PMF detaily Umbrella sampling Gromacs 4.0, 1 Å od sebe, 45 oken, 10 ns každé ~30.000 UA ~500 ns celkem časová náročnost: 260 CPUs 7 dní 8

Ibuprofen II S=ibuprofen P=3-OH ibuprofen PS CYP DS PR?? P e - S 9 9

Ibuprofen III S=ibuprofen P=3-OH ibuprofen 10 2b 2b S 10

Souhrn I - CYP pozice minim volné energie pro ibuprofen a pro jeho produkt odpovídají pozicím kanálů v CYP2C9 (CYP luxuje membránu) Berka, Hendrychová, Anzenbacher, Otyepka, J Phys Chem A, ASAP. 11

Permeace přes membránu Aktivní průnik specifické receptory Pasivní průnik fyzikálně-chemicky energetika K d dynamika D z difuzní koeficient Permeabilitní koeficient Bemporad, D. & Essex, J. Permeation of small molecules through a lipid bilayer: a computer simulation study. J. Phys. Chem. B 108, 4875-4884(2004).

Závislost permeace difuzní profil v membráně je díky její anisotropii těžké získat termodynamika je důležitější Orsi, 2010 Adson, 1995 Caco-2 Avdeef, 2005 PAMPA + Caco-2 Orsi, M. & Essex, J.W. Permeability of drugs and hormones through a lipid bilayer: insights from dual-resolution molecular dynamics. Soft Matter 6, 3797(2010).

Průběh pasivního průniku Coumarin volná MD prochází hlavně minimy volné energie rychlé skoky mezi minimy (~100ps) 14

Ibuprofen IV Mechanismus 1. nabitý ibuprofen přidifunduje z roztoku 2. zanoří v blízkosti nabitých skupin na okraji membrány 3. vybije se 4. nenabitý ibuprofen může proniknout na druhou stranu 5. znovu se může nabít uncharged charged Boggara, M.B. & Krishnamoorti, R.. Biophys. J. 98, 586-95(2010). 15

Souhrn II - permeace Pasivní permeace záleží na profilu volné energie ΔG by měla být co nejmenší, aby látka dobře pronikala (coumarin) hluboké ΔG minimum v membráně látka se dobře ukládá v membráně (ibuprofen) polární a nabité molekuly mívají maxima uprostřed membrány a nerady přes něj přecházejí v centru membrány je oblast snížené hustoty, která často slouží jako sekundární minimum nabité molekuly jsou hydratované a jejich pasivní permeace je spojená s největší bariérou 16

Možnosti interakce látek s membránou adheze na membránu interkalace do membrány narušení membrány hydrofilní NP hydrofobní NP Li, Y. Chen, X.; Gu, N. JPC B. 2008, 112, 16647-53. 17

Interakce CNT s membránami Höfinger, S. Melle-Franco, M. Gallo, T. Cantelli, A. Calvaresi, M. Gomes, J. a N. F.; Zerbetto, F. Biomaterials. 2011, 32, 7079-85. 18

Závěry Molekulárně dynamické simulace umožňují vhled do interakcí látek s na atomární úrovni při studiu: hledání ideálních pozic na membránách pasivního průniku látek přes membránu 19

Poděkování Olomouc, CZ Michal Otyepka (project) Markéta Paloncýová (ligands on membrane) Tereza Hendrychová (CYP) Pavel Anzenbacher (HP, Raman ) Pavla Košinová (flavonoids on membranes) Limoges, France Patrick Trouillas (flavonoids as antioxidants) Pavla Košinová (flavonoids on membranes) Gabin Fabre (flavonoids on membranes) MBM 2011 20

Děkuji Vám za pozornost