Upload
amaya-bridges
View
121
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
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. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Зачем нужны молекулярная Зачем нужны молекулярная механика и моделирование?механика и моделирование?
Эксперимент Теория
РСА, ЯМР Разработка Мат. модели
Рассеивание:X-ray, neutron
Imaging/Cryo-EM
Каллометрия, pKa,термодинамика
Разработка методов Проверки
Исследование феноменологии свойств модели
Понимание структур, динамики и функции
биомолекул
Молекулярная механикаМолекулярная 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.
Молекулярная динамикаМолекулярная динамика(MD)(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.
Силовое полеНе ковалентные взаимодействия
Вандер-Ваальсовы взаимодействия
потенциал Букингема
потенциал Ленорда-Джонса
Силовое полеНе ковалентные взаимодействия
Электростатические взаимодействия
Закон Кулона с реакционным полем
Закон Кулона
Силовое поле, константы
Константы из уравнения :1) связи , Кb, b02) углы K,0 3) торсионные углы K, 4) Частичные заряды qi
5) Параметры WdV Aij, Cij
Как найти значения этих констант?
Силовое поле, константы
Константы из уравнения :1) связи , Кb, b0 ИР-спектроскопия, QM2) углы K,0 ИР-спектроскопия, QM3) торсионные углы K, ИР-спектроскопия, ЯМР, QM4) Частичные заряды qi угадывание, термодинамика,QM5) Параметры WdV Aij, Cij угадывание,термодинамика, QM
Большинство значений можно получить из высокоточных расчётов QM ab initio (DFT B3LYP 6-31+G*). Полученные значения "подгоняют" под уравнения силового поля.
Алгоритмы ограничения быстрых колебаний
Shake алгоритм
Частота колебаний С-H, N-H,O-H связей ограничивает временной шаг МД в 1 фс.
Координаты после одного шага МД
После применения Shake.
Начальные координаты
LINCS алгоритм быстрее чем SHAKE
Контроль температуры
Алгоритм Берендсена Алгоритм Ноза-Хувера
Эффективен для релаксациисистемы, но не для симуляциидинамики таковой.
Рекомендуется для воспроизведения реалистичного ансамбля.
Контроль давления
Алгоритм Берендсена Алгоритм Паринело-Рахмана
Рекомендуется для систем где ячейка может изменять свои пропорции.
Рекомендуется для расчета термодинамических параметров системы..
Методология подготовки Методология подготовки системы для МДсистемы для МД
Построение топологии молекулы на основе координатт.е. перечисление связей углов и тд.
Выбор формы и размера ячейки
Минимизация энергии структуры в вакуумеметоды: steep, CG, l-bfgs
Добавление растворителя и ионов в ячейку
"Утряска" воды и ионов вокруг не подвижной молекулы
Силовое поле, получение топологии Силовое поле, получение топологии молекулымолекулы
pdb
gro
top
atp rtp hdb tdb
rtp
bon.itp
nb.itp
pdb2gmx
pdb
2gm
x gro
mpp
Периодичные граничные Периодичные граничные условияусловия
МД поли-аланина показала искусственную стабилизацию альфа спирали, при использовании маленькой ячейки. Рекомендуется делать отступ между молекулой и гранью ячейки более 10А.
Добавление воды в ячейку Добавление воды в ячейку
По одной молекуле Используя заранее уравновешенный кубик воды
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
Статистическое распределение воды
0 5 10 15 20 250.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5 RDF of H2O from P
gP
-H20
r, A
DPPC/H20 = 1/5,4
DPPC/H20 = 1/11,7
DPPC/H20 = 1/15,8
DPPC/H20 = 1/28,5
0 5 10 15 20 250.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5RDF of H2O from Sn1 C=0
gO
-H20
r, A
DPPC/H20 = 1/5,4
DPPC/H20 = 1/11,7
DPPC/H20 = 1/15,8
DPPC/H20 = 1/28,5
0 5 10 15 20 250
1
2
3
4
5
6
7RDF of H2O from Sn2 C=0
gO
-H20
r, A
DPPC/H20 = 1/5,4
DPPC/H20 = 1/11,7
DPPC/H20 = 1/15,8
DPPC/H20 = 1/28,5
0 5 10 15 20 250.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5RDF of H2O from N
gN
-H20
r, A
DPPC/H20 = 1/5,4
DPPC/H20 = 1/11,7
DPPC/H20 = 1/15,8
DPPC/H20 = 1/28,5
Ограничения МД
•Симуляции основаны на законе Ньютона•Электроны не учитываются•Силовые поля это приближение•Удалённые взаимодействия обрезаются•Граничные условия между ячейками не натуралистичны
Длинна траектории МД
Длинна траектории должна быть в 10 раз больше чем время необходимое для преодоления энергетического барьера.