마그네슘 이온-물 조정 및 바이오분자 시뮬레이션에서의 교환

마그네슘 이온은 리보핵산 시스템의 구조와 접힘 메커니즘에서 중요한 역할을 합니다. 이러한 생물물리적 과정을 적절하게 시뮬레이션하기 위해 적용된 분자 모델은 물 용액에서 이온의 동역학적 특성을 재현해야 합니다. 여기에서는 분자 동역학 시뮬레이션을 사용하여 마그네슘 이온과 물 분자 및 핵산 시스템 간의 결합 동역학을 자세히 연구했습니다. 우리는 Mg(2+) 이온과 생물학적으로 관련된 이온인 Na(+), K(+), Ca(2+)에 대해 AMBER 및 CHARMM과 같은 생물분자 힘장에 사용된 파라미터를 검증하였고, 세 가지 수용액 모델(TIP3P, SPC/E, TIP5P)과 함께 검토했습니다. 결과는 Mg(2+) 이온이 Na(+), K(+), Ca(2+)보다 느린 교환 속도를 가지며 실험 결과와 일치하지만, 시뮬레이션된 값은 실험적으로 관측된 Mg(2+)-물 교환 속도를 여러 차원에서 과소 추정한다는 것을 보여줍니다. 이는 힘장이나 물 모델에 관계없이 발생합니다. Mg(2+)에 대한 새로운 파라미터 세트가 개발되어 실험적 동역학 데이터를 재현할 수 있게 되었습니다. 이 세트는 기존 모델보다 구조적 데이터를 더 잘 재현하는 데에도 기여합니다. 새로운 파라미터 세트는 모노포스페이트 모델 시스템 및 퓨린 리보스위치인 A-리보스위치와의 Mg(2+) 결합에 적용되었습니다. Mg(2+)-물 결과와 일치하게, 새롭게 개발된 파라미터는 모든 다른 모델보다 Mg(2+)-인산 결합의 구조와 동역학에 대한 더 나은 설명을 보여줍니다. 이온이 리보스위치 시스템에 결합하는 특성은 새로운 파라미터 세트가 리보핵산 시스템의 전반적인 구조나 직접 또는 간접 결합에 관련된 이온의 수에 영향을 주지 않음을 보여줍니다. A-리보스위치와 Mg(2+) 이온 간의 수소 다리 형태의 접촉 수가 약간 감소하는 것을 관찰하였습니다. 결과는 새롭게 개발된 파라미터가 Mg(2+) 및 인산 이온의 동역학적 설명을 개선하고 핵산 시뮬레이션에서의 적용 가능성을 지원하는 능력을 나타냅니다.