Abstract
Background: Molecular dynamics (MD) simulations offer a practical computational method to examine protein flexibility and stability at an atomic level under physiological conditions. In structural biology, hen egg-white lysozyme (HEWL), a globular protein of known structure with 129 residues, serves as an excellent model system because it has a compact fold and a large body of experimental data.
Aim: This study aimed to evaluate the dynamic structural stability of HEWL through a 5 ns MD simulation, with focused analysis on the initial 60 ps segment using the AMBER99SB force field and the SPC/E water model.
Methods: The simulation procedure involved energy minimization, equilibration and production run. The major structural descriptors, namely root mean square deviation (RMSD), root mean square fluctuation (RMSF), and radius of gyration (Rg) were evaluated using GROMACS tools, whereas the results of conformational changes were graphically illustrated by superimposing selected frames from the simulation trajectory.
Results: The outcomes demonstrated a very stable backbone composition: RMSD stayed at ~0.015 nm, indicating minimal backbone movement; RMSF remained within the range of 0.012- 0.020 nm and indicating low residue-level fluctuation, and the radius of gyration dispersed very little (1.395- 1.402 nm), confirming persistent structural compactness. The structural overlays of the first and last frames also reinforced the numerical data since it indicated a well conserved fold with slight local deviations.
Conclusions: HEWL retains its native structure under the simulation parameters, reinforcing its status as a model protein in MD-based structural studies which involve short-timescale simulations to capture the key dynamics.
Aim: This study aimed to evaluate the dynamic structural stability of HEWL through a 5 ns MD simulation, with focused analysis on the initial 60 ps segment using the AMBER99SB force field and the SPC/E water model.
Methods: The simulation procedure involved energy minimization, equilibration and production run. The major structural descriptors, namely root mean square deviation (RMSD), root mean square fluctuation (RMSF), and radius of gyration (Rg) were evaluated using GROMACS tools, whereas the results of conformational changes were graphically illustrated by superimposing selected frames from the simulation trajectory.
Results: The outcomes demonstrated a very stable backbone composition: RMSD stayed at ~0.015 nm, indicating minimal backbone movement; RMSF remained within the range of 0.012- 0.020 nm and indicating low residue-level fluctuation, and the radius of gyration dispersed very little (1.395- 1.402 nm), confirming persistent structural compactness. The structural overlays of the first and last frames also reinforced the numerical data since it indicated a well conserved fold with slight local deviations.
Conclusions: HEWL retains its native structure under the simulation parameters, reinforcing its status as a model protein in MD-based structural studies which involve short-timescale simulations to capture the key dynamics.
Keywords
Lysozyme
Molecular dynamic Simulation
Protein Stability
Short-Timescale Trajectory.
Abstract
الخلفية: توفر عمليات محاكاة الديناميكيات الجزيئية (MD) طريقة حسابية عملية لفحص مرونة البروتين واستقراره على المستوى الذري في ظل ظروف شبه فسيولوجية. في علم الأحياء البنيوي، يعمل إنزيم الليزوزيم الموجود في بياض بيض الدجاج (HEWL)، وهو بروتين كروي ذو بنية معروفة يحتوي على 129 حامض اميني، كنظام نموذجي ممتاز لأنه يحتوي على طية مضغوطة ومجموعة كبيرة من البيانات التجريبية.
الهدف: هدفت هذه الدراسة إلى تقييم الاستقرار البنيوي الديناميكي لـ HEWL من خلال محاكاة لمدة 60 بيكوثانية باستخدام مجال القوة AMBER99SB ونموذج الماء SPC/E .
الطرق: تضمنت عملية المحاكاة تقليل الطاقة وتحقيق التوازن وتشغيل الإنتاج. تم تقييم الواصفات البنيوية الرئيسية، وهي جذر متوسط مربع الانحراف (RMSD)، وجذر متوسط مربع التقلب (RMSF)، ونصف قطر الدوران (Rg) باستخدام أدوات GROMACS، في حين تم توضيح نتائج التغييرات التوافقية بيانياً من خلال تركيب إطارات مختارة من المسار الزمني للمحاكاه.
النتائج: أظهرت النتائج تكوينًا مستقرًا للغاية للهيكل الاساسي للبروتين: بقي RMSD نحو ~0.015 نانومتر، مما يشير إلى الحد الأدنى من حركة الهيكل الاساسي ؛ بقي RMSF ضمن نطاق 0.012-0.020 نانومتر ويشير إلى انخفاض تقلب مستوى البقايا الحوامض الامينية، ونصف قطر الدوران مشتت قليلاً جدًا (1.395-1.402 نانومتر)، مما يؤكد الاكتناز الهيكلي المستمر. كما عززت التراكبات الهيكلية للإطارين الأول والأخير البيانات الرقمية لأنها أشارت إلى طية محفوظة جيدًا مع انحرافات محلية طفيفة.
الاستنتاجات: يحتفظ ليزوزيم بياض بيض الدجاج HEWL ببنيته الأصلية في ظل معلمات المحاكاة، ويعزز مكانته كبروتين نموذجي في الدراسات الهيكلية القائمة على الديناميكية الجزيئية وعمليات المحاكاة قصيرة المدى لالتقاط الديناميكيات الرئيسية.
الهدف: هدفت هذه الدراسة إلى تقييم الاستقرار البنيوي الديناميكي لـ HEWL من خلال محاكاة لمدة 60 بيكوثانية باستخدام مجال القوة AMBER99SB ونموذج الماء SPC/E .
الطرق: تضمنت عملية المحاكاة تقليل الطاقة وتحقيق التوازن وتشغيل الإنتاج. تم تقييم الواصفات البنيوية الرئيسية، وهي جذر متوسط مربع الانحراف (RMSD)، وجذر متوسط مربع التقلب (RMSF)، ونصف قطر الدوران (Rg) باستخدام أدوات GROMACS، في حين تم توضيح نتائج التغييرات التوافقية بيانياً من خلال تركيب إطارات مختارة من المسار الزمني للمحاكاه.
النتائج: أظهرت النتائج تكوينًا مستقرًا للغاية للهيكل الاساسي للبروتين: بقي RMSD نحو ~0.015 نانومتر، مما يشير إلى الحد الأدنى من حركة الهيكل الاساسي ؛ بقي RMSF ضمن نطاق 0.012-0.020 نانومتر ويشير إلى انخفاض تقلب مستوى البقايا الحوامض الامينية، ونصف قطر الدوران مشتت قليلاً جدًا (1.395-1.402 نانومتر)، مما يؤكد الاكتناز الهيكلي المستمر. كما عززت التراكبات الهيكلية للإطارين الأول والأخير البيانات الرقمية لأنها أشارت إلى طية محفوظة جيدًا مع انحرافات محلية طفيفة.
الاستنتاجات: يحتفظ ليزوزيم بياض بيض الدجاج HEWL ببنيته الأصلية في ظل معلمات المحاكاة، ويعزز مكانته كبروتين نموذجي في الدراسات الهيكلية القائمة على الديناميكية الجزيئية وعمليات المحاكاة قصيرة المدى لالتقاط الديناميكيات الرئيسية.
Keywords
الليزوزيم، المحاكاة الديناميكية الجزيئية، استقرار البروتين، مسار قصير المدى.