¿Cómo puedo determinar si existen interacciones π-π entre una amida y un anillo aromático en una proteína?

Question

En una estructura cristalina que he determinado, un anillo de triazol de mi ligando parece estar apilándose con una tirosina (arriba en la imagen):

Sin embargo, también hay una amida, cortesía de una glutamina, cerca de ella (abajo). ¿Es probable que esta amida terminal participe en interacciones π-π con el triazol o sólo en fuerzas de dispersión más débiles? ¿Cómo puedo cuantificar la importancia de la interacción?

Answer 1

Parece que NickT buscaba una solución experimental. Mi post trata, sin embargo, de una solución computacional.

¿Cómo cuantificaría la importancia de la interacción?

Determinar la energía de interacción entre dos monómeros definidos, como su triazol aromático y su amida, es un proceso bastante sencillo. Este proceso se conoce como enfoque supramolecular. Voy a remitirle a un artículo en el que se analiza la dímero de benceno . Este método es estrictamente computacional, por lo que son necesarios algunos conocimientos de química computacional.

El enfoque supramolecular

El qué

El enfoque supramolecular se reduce a esto.

$$E_{\mathrm{int}} = E_{\mathrm{dimer}} - (E_{\mathrm{mon1}} + E_{\mathrm{mon2}})$$

Aquí tenemos una energía de interacción ( $E_{\mathrm{int}}$ ) determinada a partir de la diferencia de energía de un dímero ( $E_{\mathrm{dimer}}$ ) y la suma de los dos monómeros ( $E_{\mathrm{monomer}}$ ). Si ambos monómeros fueran equivalentes (por ejemplo, si estuviera interesado en la energía de interacción del dímero de benceno donde cada monómero fuera un anillo de benceno), podría simplificar la suma a dos veces la energía de un monómero ( $2\times E_{\mathrm{mon}}$ ). En su caso concreto, tiene dos monómeros diferentes.

La idea es que si tengo dos moléculas interactuando, puedo determinar la energía de cada molécula individualmente (como si estuvieran separadas a una distancia infinita), así como su complejo. Así, a medida que acerco más y más estas moléculas, la energía empieza a disminuir (la energía de interacción).

El cómo

NOTA: Su geometría procede de una estructura cristalina. NO modifique esta geometría. Usted querrá mantener todo exactamente como está. Esto significa que usted no desea optimizar su sistema. Usted no quiere a ojo monómero colocación. Tome todo de su estructura conocida y tenga cuidado de no cambiarlo, de lo contrario puede arruinar este proceso. Estamos modificando la estructura truncando y tapando, pero los parámetros intermoleculares deben seguir siendo los mismos para lo que sea que usted está tratando de modelar. Usted querrá optimizar su cap significado, ejecute una optimización en su capped-monómero, pero congelar todo, pero la cosa que usted está utilizando para tapar.

1. Define tus monómeros. Deberá determinar qué parte de su sistema de "dímeros" es importante para describir esta interacción débil. Recomiendo mantener el anillo aromático y truncar el anillo con algo similar a lo que se está truncando. Podrías tapar tu monómero con un hidrógeno o un grupo metilo, por ejemplo. Si el trozo que has cortado es muy polarizable, cúbrelo con algo que tenga una propiedad similar. Si el trozo truncado tiene una carga neutra, cúbralo con algo que sea neutro. Entiende la idea.
2. Define tu dímero. Su dímero es simplemente una combinación de sus dos monómeros definidos.
3. Determine el método que desea aplicar. El método basado en la función de onda o en la teoría funcional de la densidad (DFT) es el más adecuado. El primero será prohibitivamente caro.
4. Defina su conjunto de bases. Para los sistemas aromáticos, lo mejor es utilizar la familia de conjuntos de bases consistente con la correlación de Dunning-Hunzaga. Recomiendo utilizar aug-cc-pVTZ para obtener buenos resultados. Decida lo que decida, asegúrese de que su conjunto de bases incluye funciones de polarización y difusas. El conjunto de bases sugerido lo hace (augmented significa difuso en todos los átomos, mientras que pVTZ significa "triple zeta de valencia polarizada").
5. Determine las energías de sus monómeros y dímeros. Usted querrá ejecutar un cálculo de energía de punto único en sus monómeros y su dímero. Optimiza primero tus monómeros pero congela todos los átomos excepto los que añadiste para tapar tu monómero.
6. Determinar la energía de interacción. Introduce tus energías en la ecuación anterior y determina la energía de interacción. Conviértela a las unidades que desees utilizar (yo prefiero kJ/mol, pero la mayoría de la gente utiliza kcal/mol, así que puedes utilizarlas).

Espero que esto te ayude. Parece un proyecto interesante por decir lo menos.

Una nota rápida sobre el conjunto de bases "valencia":

Normalmente, los electrones del núcleo no participan en ningún tipo de química interesante (su energía es tan inferior a la de los electrones de valencia que no desempeñan ningún papel en cosas como los enlaces químicos). Cuando realice estos cálculos de energía, invocará la aproximación de núcleo congelado (por defecto en muchos paquetes de software cuántico, pero asegúrese de consultar primero la documentación). El conjunto de bases pVTZ expande las funciones base a la calidad triple zeta sólo para los electrones de valencia. Los electrones del núcleo son s -y ya está. Si alguna vez te encuentras en una situación en la que los electrones del núcleo son importantes para tu sistema de interés, querrás utilizar los conjuntos de bases pCVXZ (donde X = D,T,Q, etc.) que significa núcleo-valencia X zeta polarizada. Aquí los electrones del núcleo reciben el conjunto completo de funciones base de calidad X-zeta. Sin embargo, esto significa que acabas de hacer tu cálculo mucho más caro. Normalmente se utiliza la aproximación de núcleo congelado.