Молекулна механика

1. Молекулна механика Монте Карло симулации

2. Избор на силово поле Какво е важно да се знае? • дали силовото поле съдържа параметри за всички функционални групи от изследваната система; • по какви експериментални свойства са напасвани силовите параметри; • дали се изисква въвеждане на допълнителни данни отвън; • видът на използваните потенциали и дали описват коректно дадения проблем.

3. Силови полета в Hyperchem ММ+ - развито за малки органични молекули [1]  възпроизвежда добре структура и енергетични разлики; диполни моменти AMBER - разработено за белтъци и нуклеинови киселини; от версия 95 може да се използва и за много органични молекули [2]  възпроизвежда добре структура и енергетични разлики; ротационни бариери [1]N. L. Allinger, J. Am. Chem. Soc., 99, 8127(1977); N. L. Allinger and Y. H. Yuh, QCPЕ, Bloomington, Indiana, Program #395; U. Burkert andN. L. Allinger, Molecular Mechanics, ACS Monograph 177 (1982). [2] S. J. Weiner et al., J. Am. Chem. Soc., 106, 765 (1984); Weiner et al., J. Comp. Chem., 7, 230 (1986); Cornell et. al., J. Am. Chem. Soc. 117, 5179-5197 (1995)

4. Силови полета в Hyperchem ОPLS - развито за симулиране на течности [3]  описва добре взаимодействия разтворител-разтворено вещество при експлицитно отчитане на разтворителя BIO+ - версия на CHARMM, разработено за белтъци и нуклеинови киселини [4]  възпроизвежда добре структура и енергетични разлики; ротационни бариери [3]W. L. Jorgensen and J. Tirado-Rives, J. Amer. Chem. Soc., 110, 1657 (1988); J. Pranata, S. Wierschke, and W. L. Jorgensen, J. Amer. Chem. Soc., 113, 2810 (1991). [4]A.D. MacKerell et. al. J. Phys. Chem. B, 102, 3586; (http://www.pharmacy.umaryland.edu/~alex/research.html)

5. Параметри на силовото поле Непременно да се проверят ! Атомни типове – характеризират силовите параметри, които се приписват на всеки атом Display  Labels  Type ММ+ - …\Hyper7\Runfiles\mmptyp.txt AМBER - …\Hyper7\Runfiles\ambertyp.txt; amber94typ.txt OPLS - …\Hyper7\Runfiles\oplstyp.txt BIO+ - …\Hyper7\Runfiles\charmmtyp.txt; biotyp.txt

6. Параметри на силовото поле Непременно да се проверят ! Атомни заряди – използват се при изчисляване на електростатичните взаимодействия; основен принос към ММ-енергията! Display  Labels  Charge Начинът на задаване на атомните заряди е специфичен за всяко силово поле. При задаване отвън – RESP или QChem.

7. Модификацияна силови параметри При липса на параметри или неподходящи такива за даден атом, връзка, ъгъл ... ... могат да се въведат външни данни ... ... но с повишено внимание !!! Setup  Edit parameters … (при избрана част от молекула)

8.  взаимодействие между двойки точкови заряди чрез закон на Кулон  взаимодействие между връзкови диполи Електростатични взаимодействия За оценка на електростатичните взаимодействия в молекулната механика има два основни подхода: Монополно приближение Диполно приближение

9. Електростатични взаимодействия С цел намаляване на изчислителното време електростатиката между далечни атоми се апроксимира по два основни начина: Cutoff  взаимодействие между двойки атоми на разстояние > Rcutoffсе пренебрегва PME  взаимодействие между далечни атоми се оценява като сума по решетка

10. Конформационен анализ Hyperchem ползва независима подпрограма за конформационен анализ. Необходими са следните настройки: • Избира се торзионен ъгъл за вариране. • Ъгълът се наименова (Select  Name selection  Torsion1). • Стартира се програмата за конформационно търсене (Compute  Conformational seacrh …)

11. Резултатите Три стабилни конформации Конформационен анализ • Много важно е автоматичното запазване на резултатите (File  Auto save…)! • Стартира се търсенето (Run  Start).

12. DE = 0.15 kcal/mol Конформация 1 DE = 0.89 kcal/mol Конформация 2 Конформация 3 Конформационен анализ Ротационни бариери Edit  Put molecule Наблюдава се свободно въртене около избраната проста връзка

13. Монте Карло (МК) метод Генерират се молекулни конформации (конфигурации) на случаен принцип. Приема се безусловно всяка следваща структура с по-ниска енергия, а тези с по-висока – чрез Болцманов фактор exp(-DE/kT).  Приетите структури формират МК траектория Кога е нужна Монте Карло симулация? • при търсене на глобален минимум на системи с много степени на свобода; • за моделиране при ненулева температура; • при оценка на термодинамични параметри. Монте Карло методът може да се комбинира с молекулна механика (класическо) или квантова химия (квантово).

14. Параметри на симулацията Първо се избира методът за изчисляване на енергията от Setup и след това се настройва МК симулацията: Compute  Monte Carlo…

15. Сходимост на симулацията Релаксацията на системата по време на МК симулацията се следи чрез средната стойност на потенциалната енергия за всеки run.

16. Обработка на резултатите Получените резултати за енергия и/или структурни параметри се осредняват по 1 или няколко runs. Винаги се пресмята и стандартно отклонение! Compute  Monte Carlo…  Playback  Averages… Ep(ave) = 14.13  3.33 kcal/mol Q1(ave) = 57.7  4.9 o За анализ се използва само релаксиралата част от траекторията!