13강 / 20강

분자동역학이 도킹에 없는 것을 준다 — 시간

GROMACS · 단백질 200 ns · 복합체 20 ns

9강에서 봤듯 도킹 결과는 한 순간의 사진입니다. 그 자세가 1 피코초 만에 무너지는지, 마이크로초를 버티는지 알 수 없어요.

분자동역학(MD)은 그 시간을 줍니다. 원자마다 뉴턴의 운동방정식을 풀어 실제로 어떻게 움직이는지를 계산합니다.

F = ma → 위치를 2 fs 씩 앞으로 민다

200 나노초를 계산하려면 이 걸음을 1억 번 반복해야 합니다.

MD 로 무엇을 볼 수 있고 무엇을 못 보는지가 시간 규모로 정해집니다.

Python 브라우저에서 실행

# 시간 규모를 잡아 봅니다.
dt_fs = 2                     # 적분 시간 간격 (펨토초)
runs = [("논문의 단백질 MD", 200), ("논문의 복합체 MD", 20)]

print("적분 시간 간격:", dt_fs, "fs")
print()
for name, ns in runs:
    steps = ns * 1e6 / dt_fs
    print(f"{name:18s} {ns:>4d} ns  ->  {steps:>12,.0f} 걸음")
print()
print("생체 현상의 시간 규모")
for what, t, unit in [("결합 진동", 10, "fs"), ("곁사슬 회전", 100, "ps"),
                      ("고리 움직임", 10, "ns"), ("도메인 움직임", 1, "us"),
                      ("접힘", 1, "ms"), ("리간드 해리(강한 결합)", 1, "s")]:
    print(f"  {what:22s} ~ {t:>4d} {unit}")
print()
print("200 ns 로는 '고리 움직임' 까지만 볼 수 있습니다.")
print("리간드가 실제로 떨어지는지는 이 시간으로 못 봅니다.")

고등학생위 코드가 방금 무슨 일을 했나요

MD 로 볼 수 있는 것과 못 보는 것을 시간 규모로 정리했습니다.

현상	걸리는 시간
결합 진동	10 fs
고리 움직임	10 ns
단백질 접힘	1 ms
강한 리간드가 떨어짐	1 s

200 ns 로는 고리 움직임까지입니다.

1초는 200 ns 의 몇 배인가요?

500만 배입니다. 그러니 200 ns 짜리 계산으로 "리간드가 안 떨어졌다" 고 말하는 것은 — 5초 지켜보고 "이 사람은 평생 안 움직인다" 고 말하는 것과 비슷합니다.

이것은 지어낸 궤적입니다. 요점은 짧은 궤적이 이런 경우를 구별할 수 없다는 것이에요.

Python 브라우저에서 실행

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

rng = np.random.default_rng(71)
t = np.linspace(0, 200, 2000)

# 리간드가 20 ns 뒤에 떨어지는 궤적을 상상해 봅니다.
d = 3.5 + 0.3*rng.normal(0, 1, t.size).cumsum()*0.02
d[t > 45] += (t[t > 45] - 45) * 0.35
d = np.clip(d, 2.5, 40)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(7.2, 3.2))
ax.plot(t, d, lw=1.0, color="#3d5a80")
ax.axvspan(0, 20, color="#e07a5f", alpha=0.18)
ax.text(10, 33, "논문이 본 구간\n(20 ns)", ha="center", fontsize=8, color="#b5651d")
ax.set_xlabel("time (ns)"); ax.set_ylabel("ligand-pocket distance (A)")
ax.set_title("what a short trajectory cannot show")
plt.tight_layout()
plt.show()
print("주황 구간만 보면 '안정적으로 결합' 입니다.")
print("200 ns 를 보면 45 ns 부터 떨어져 나갑니다.")

🤔 확인 문제

분자동역학이 도킹에 더해 주는 것은?

🤔 확인 문제

논문의 MD 설계에서 가장 큰 문제는?