Молекулна механикаМолекулна механика

Монте КарлоМонте Карлосимулациисимулации

Избор на силово полеИзбор 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.

Силови полета в Силови полета в HyperchemHyperchem

ММ+ММ+ - развито за малки органични молекули [1]

възпроизвежда добре структура и енергетични разлики; диполни моменти

[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 and N. 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)

AMBERAMBER - 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

Силови полета в Силови полета в HyperchemHyperchem

ООPLSPLS - развито за симулиране на течности [3]

описва добре взаимодействия разтворител-разтворено вещество при експлицитно отчитане на разтворителя

[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)

BIO+BIO+ - версия на CHARMM, разработено за белтъци и нуклеинови киселини [4]

възпроизвежда добре структура и енергетични разлики; ротационни бариери

Параметри на силовото полеПараметри на силовото поле

Непременно да се проверят !

Атомни типовеАтомни типове – характеризират силовите параметри, които се приписват на всеки атом

Display Labels Type

ММ+ММ+ - …\Hyper7\Runfiles\mmptyp.txtAAММBERBER - …\Hyper7\Runfiles\ambertyp.txt;

amber94typ.txtOPLSOPLS - …\Hyper7\Runfiles\oplstyp.txtBIOBIO++ - …\Hyper7\Runfiles\charmmtyp.txt; biotyp.txt

Параметри на силовото полеПараметри на силовото полеНепременно да се проверят !

Атомни зарядиАтомни заряди – използват се при изчисляване на електростатичните взаимодействия; основен принос към ММ-енергията!

Display Labels Charge

Начинът на Начинът на задаване на задаване на атомните заряди е атомните заряди е специфичен за специфичен за всяко силово поле.всяко силово поле.

При задаване При задаване отвън – отвън – RESP RESP или или QChem.QChem.

МодификацияМодификация на силови параметрина силови параметриПри 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)

Електростатични взаимодействияЕлектростатични взаимодействияЗа оценка на електростатичните взаимодействия в молекулната механика има два основни подхода: Монополно приближение

взаимодействие между двойки точкови заряди чрез закон на Кулон

Диполно приближение

взаимодействие между връзкови диполи

Електростатични взаимодействияЕлектростатични взаимодействияС цел намаляване на изчислителното време електростатиката между далечни атоми се апроксимира по два основни начина:

Cutoff взаимодействие между двойки атоми на разстояние > Rcutoff се пренебрегва

PME взаимодействие между далечни атоми се оценява като сума по решетка

Конформационен анализКонформационен анализHyperchem ползва независима подпрограма за конформационен анализ. Необходими са следните настройки: 1. Избира се торзионен ъгъл за вариране.2. Ъгълът се наименова (Select Name selection

Torsion1).3. Стартира се програмата за конформационно

търсене (Compute Conformational seacrh …)

Конформационен анализКонформационен анализ4. Много важно е автоматичното запазване на

резултатите (File Auto save… )!5. Стартира се търсенето (Run Start).

Резултатите

Три Три стабилни стабилни конформациконформациии

Конформационен анализКонформационен анализРотационни бариери

Конформация 1

Конформация 2

Конформация 3

E = 0.15 kcal/mol

E = 0.89 kcal/mol

Наблюдава се Наблюдава се свободно въртене свободно въртене около избраната около избраната проста връзкапроста връзка

Edit Put molecule

Монте Карло (МК) методМонте Карло (МК) методГенерират 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(-E/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).

Параметри на симулациятаПараметри на симулациятаПърво се избира методът за изчисляване на енергията от Setup и след това се настройва МК симулацията: Compute Monte Carlo…

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

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

0 10 20 30 40 50 60 70

MC run

Ep

ot,

kc

al/m

ol

Обработка на резултатитеОбработка на резултатитеПолучените 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

1(ave) = 57.7 4.9 o

За анализ се използва само релаксиралата част от траекторията!