slide1
Download
Skip this Video
Download Presentation
Молекулярная динамика (MD)

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 36

Молекулярная динамика (MD) - PowerPoint PPT Presentation


  • 219 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
slide3
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

slide4
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.
slide6
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.

slide8
Уравнение Ньютона

Fi

Ковалентные взаимодействия

Не ковалентные взаимодействия

slide9
Силовое поле

Ковалентные взаимодействия

Связь

slide10
Силовое поле

Ковалентные взаимодействия

Углы

slide11
Силовое поле

Ковалентные взаимодействия

Торсионные углы

неправильные

правильные

slide12
Силовое поле

Не ковалентные взаимодействия

Вандер-Ваальсовы взаимодействия

потенциал Ленорда-Джонса

потенциал Букингема

slide13
Силовое поле

Не ковалентные взаимодействия

Электростатические взаимодействия

Закон Кулона

Закон Кулона с реакционным полем

slide14
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?

slide15
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, 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

slide16
Применение силового поля

Метод Монте-Карло

Молекулярная

динамика

slide17
Молекулярная динамика

Dt

Сумма сил действующих

на атом

Расчет новых координат

интегрирование

slide18
Молекулярная динамика,интегратор

Leap-Frog алгоритм

Алгоритм Верле

slide19
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

slide20
Контроль температуры

Алгоритм Берендсена

Алгоритм Ноза-Хувера

Эффективен для релаксации

системы, но не для симуляции

динамики таковой.

Рекомендуется для воспроизведения реалистичного ансамбля.

slide21
Контроль давления

Алгоритм Паринело-Рахмана

Алгоритм Берендсена

Рекомендуется для систем где ячейка может изменять свои пропорции.

Рекомендуется для расчета термодинамических параметров системы..

slide23
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

slide24
Силовое поле, получение топологии молекулы

pdb2gmx

pdb

top

atp

rtp

hdb

tdb

bon.itp

grompp

pdb2gmx

nb.itp

gro

rtp

slide25
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.

slide26
Форма ячейки

двенадцатигранник и усечённый восьмигранник

slide27
Модели воды

Также : spce, tip4p, tip5p

slide28
Добавление воды в ячейку

Используя заранее

уравновешенный кубик воды

По одной молекуле

slide29
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
5 ds sa

5 DS-SA

SA-H

5 DS-SA

slide34
Ограничения МД
  • Симуляции основаны на законе Ньютона
  • Электроны не учитываются
  • Силовые поля это приближение
  • Удалённые взаимодействия обрезаются
  • Граничные условия между ячейками не натуралистичны
slide35
Длинна траектории МД

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

slide36
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?
ad