Молекулярная динамика
Download
1 / 36

Молекулярная динамика (MD) - PowerPoint PPT Presentation


  • 214 Views
  • Uploaded on

Молекулярная динамика (MD). Движения белка. Зачем нужны молекулярная механика и моделирование?. Эксперимент. Теория. РСА, ЯМР. Разработка Мат. модели. Рассеивание: X-ray, neutron. Понимание структур, динамики и функции биомолекул. Разработка методов Проверки. Imaging/Cryo-EM.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' Молекулярная динамика (MD)' - amaya-bridges


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript


Зачем нужны молекулярная механика и моделирование?

Эксперимент

Теория

РСА, ЯМР

Разработка Мат. модели

Рассеивание:X-ray, neutron

Понимание структур,

динамики и функции

биомолекул

Разработка методов Проверки

Imaging/Cryo-EM

Исследование феноменологии свойств модели

Каллометрия, pKa,

термодинамика


Молекулярная механика механика и моделирование?

Основы:

  • Симуляции подчиняются законам классической физики. Движущая сила : Функции потенциальной энергии, минимизация энергии, молекулярная динамика.

    Использование:

  • Поиск конформаций биомолекул.

  • Исследование флуктуации и динамики биополимеров.

  • Расчет, как самой свободной энергии систем, так и её изменение.


Молекулярные движения механика и моделирование?


Молекулярная динамика механика и моделирование?(MD)

Молекулярная динамика это процесс позволяющий описать сложные химические системы в терминах реалистичной атомарной модели с целью понять и предсказать макроскопические свойства системы основываясь на детальном знании структуры.


Движения атомов механика и моделирование?

QM

MD


Уравнение Ньютона механика и моделирование?

Fi

Ковалентные взаимодействия

Не ковалентные взаимодействия


Силовое поле механика и моделирование?

Ковалентные взаимодействия

Связь


Силовое поле механика и моделирование?

Ковалентные взаимодействия

Углы


Силовое поле механика и моделирование?

Ковалентные взаимодействия

Торсионные углы

неправильные

правильные


Силовое поле механика и моделирование?

Не ковалентные взаимодействия

Вандер-Ваальсовы взаимодействия

потенциал Ленорда-Джонса

потенциал Букингема


Силовое поле механика и моделирование?

Не ковалентные взаимодействия

Электростатические взаимодействия

Закон Кулона

Закон Кулона с реакционным полем


Силовое поле, константы механика и моделирование?

Константы из уравнения :

1) связи , Кb, b0

2) углы K,0

3) торсионные углы K, 

4) Частичные заряды qi

5) Параметры WdV Aij, Cij

Как найти значения

этих констант?


Силовое поле, константы механика и моделирование?

Большинство значений можно получить из

высокоточных расчётов QM ab initio (DFT B3LYP 6-31+G*). Полученные значения "подгоняют" под уравнения силового поля.

Константы из уравнения :

1) связи , Кb, b0 ИР-спектроскопия, QM

2) углы K,0ИР-спектроскопия, QM

3) торсионные углы K,  ИР-спектроскопия, ЯМР, QM

4) Частичные заряды qi угадывание, термодинамика,QM

5) Параметры WdV Aij, Cij угадывание,термодинамика, QM


Применение силового поля механика и моделирование?

Метод Монте-Карло

Молекулярная

динамика


Молекулярная динамика механика и моделирование?

Dt

Сумма сил действующих

на атом

Расчет новых координат

интегрирование


Молекулярная динамика, механика и моделирование?интегратор

Leap-Frog алгоритм

Алгоритм Верле


Алгоритмы ограничения быстрых колебаний

Частота колебаний С-H, N-H,O-H связей ограничивает

временной шаг МД в 1 фс.

Shake алгоритм

Начальные координаты

Координаты после одного шага МД

После применения Shake.

LINCS алгоритмбыстрее чем SHAKE


Контроль температуры колебаний

Алгоритм Берендсена

Алгоритм Ноза-Хувера

Эффективен для релаксации

системы, но не для симуляции

динамики таковой.

Рекомендуется для воспроизведения реалистичного ансамбля.


Контроль давления колебаний

Алгоритм Паринело-Рахмана

Алгоритм Берендсена

Рекомендуется для систем где ячейка может изменять свои пропорции.

Рекомендуется для расчета термодинамических параметров системы..



Методология подготовки системы для МД

Построение топологии молекулы на основе координат

т.е. перечисление связей углов и тд.

Выбор формы и размера ячейки

Минимизация энергии структуры в вакууме

методы: steep, CG, l-bfgs

Добавление растворителя и ионов в ячейку

"Утряска" воды и ионов вокруг не подвижной

молекулы


Силовое поле, получение топологии молекулы

pdb2gmx

pdb

top

atp

rtp

hdb

tdb

bon.itp

grompp

pdb2gmx

nb.itp

gro

rtp


Периодичные граничные условия топологии молекулы

МД поли-аланина показала искусственную стабилизацию альфа спирали, при использовании маленькой ячейки. Рекомендуется делать отступ между молекулой и гранью ячейки более 10А.


Форма ячейки топологии молекулы

двенадцатигранник и усечённый восьмигранник


Модели воды топологии молекулы

Также : spce, tip4p, tip5p


Добавление воды в ячейку топологии молекулы

Используя заранее

уравновешенный кубик воды

По одной молекуле


Что можно узнать из МД? топологии молекулы

равновесные свойства:

  • Константа связывания лиганда с белком

  • Средняя потенциальная энергия системы

  • Распределение жидкости вокруг различных элементов

    динамические и неравновесные свойства:

  • Вязкость жидкости

  • Процесс диффузии в мембраны

  • Динамика фазовых изменений

  • Кинетику реакции



5 ds sa

5 DS-SA мембрану

SA-H

5 DS-SA


5 dsa

Ориентация мембрану 5-DSA

Ionized

Protonated



Ограничения МД воды

  • Симуляции основаны на законе Ньютона

  • Электроны не учитываются

  • Силовые поля это приближение

  • Удалённые взаимодействия обрезаются

  • Граничные условия между ячейками не натуралистичны


Длинна траектории МД воды

Длинна траектории должна быть в 10 раз больше чем время необходимое для преодоления энергетического барьера.


В следующей лекции воды

  • Как правильно считать удалённые электростатические взаимодействия?

  • Как увеличить шаг МД?

  • Как оптимально минимизировать энергию системы?

  • Какие модификации МД существуют?

  • Как провести анализ траектории?


ad