Молекулярная динамика
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 36

Молекулярная динамика (MD) PowerPoint PPT Presentation


  • 168 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

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.

Download Presentation

Молекулярная динамика (MD)

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


Md

Молекулярная динамика(MD)


Md

Движения белка.


Md

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


Md

Молекулярная механика

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.


Md

Молекулярные движения


Md

Молекулярная динамика(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.


Md

Движения атомов

QM

MD


Md

Уравнение Ньютона

Fi

Ковалентные взаимодействия

Не ковалентные взаимодействия


Md

Силовое поле

Ковалентные взаимодействия

Связь


Md

Силовое поле

Ковалентные взаимодействия

Углы


Md

Силовое поле

Ковалентные взаимодействия

Торсионные углы

неправильные

правильные


Md

Силовое поле

Не ковалентные взаимодействия

Вандер-Ваальсовы взаимодействия

потенциал Ленорда-Джонса

потенциал Букингема


Md

Силовое поле

Не ковалентные взаимодействия

Электростатические взаимодействия

Закон Кулона

Закон Кулона с реакционным полем


Md

Силовое поле, константы

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?


Md

Силовое поле, константы

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, b0ИР-спектроскопия, QM

2) углы K,0ИР-спектроскопия, QM

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

4) Частичные заряды qiугадывание, термодинамика,QM

5) Параметры WdV Aij, Cijугадывание,термодинамика, QM


Md

Применение силового поля

Метод Монте-Карло

Молекулярная

динамика


Md

Молекулярная динамика

Dt

Сумма сил действующих

на атом

Расчет новых координат

интегрирование


Md

Молекулярная динамика,интегратор

Leap-Frog алгоритм

Алгоритм Верле


Md

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


Md

Контроль температуры

Алгоритм Берендсена

Алгоритм Ноза-Хувера

Эффективен для релаксации

системы, но не для симуляции

динамики таковой.

Рекомендуется для воспроизведения реалистичного ансамбля.


Md

Контроль давления

Алгоритм Паринело-Рахмана

Алгоритм Берендсена

Рекомендуется для систем где ячейка может изменять свои пропорции.

Рекомендуется для расчета термодинамических параметров системы..


Md

Самосборка мембраны


Md

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


Md

Силовое поле, получение топологии молекулы

pdb2gmx

pdb

top

atp

rtp

hdb

tdb

bon.itp

grompp

pdb2gmx

nb.itp

gro

rtp


Md

Периодичные граничные условия

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


Md

Форма ячейки

двенадцатигранник и усечённый восьмигранник


Md

Модели воды

Также : spce, tip4p, tip5p


Md

Добавление воды в ячейку

Используя заранее

уравновешенный кубик воды

По одной молекуле


Md

Что можно узнать из МД?

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


Md

Проникновение веществ в мембрану


5 ds sa

5 DS-SA

SA-H

5 DS-SA


5 dsa

Ориентация 5-DSA

Ionized

Protonated


Md

Статистическое распределение воды


Md

Ограничения МД

  • Симуляции основаны на законе Ньютона

  • Электроны не учитываются

  • Силовые поля это приближение

  • Удалённые взаимодействия обрезаются

  • Граничные условия между ячейками не натуралистичны


Md

Длинна траектории МД

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


Md

В следующей лекции

  • Как правильно считать удалённые электростатические взаимодействия?

  • Как увеличить шаг МД?

  • Как оптимально минимизировать энергию системы?

  • Какие модификации МД существуют?

  • Как провести анализ траектории?


  • Login