Studium enzymatické reakce metodami výpočetní chemie

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Studium enzymatické reakce metodami výpočetní chemie"

Silvie Vítková
před 5 lety
Počet zobrazení:

1 Studium enzymatické reakce metodami výpočetní chemie 2. kolo Petr Kulhánek, Zora Střelcová CEITEC - Středoevropský technologický institut Masarykova univerzita, Kamenice 5, Brno Vibuch 2011/

2 COO - O - OC COO - O O COO - O H O H Přeměna chorismátu na prefenát (modelování reakce ve vakuu) Vibuch 2011/

3 I. část (prerekvizity) II. část (molekulová mechanika) III. část (klastr WOLF) IV. část (kvantová mechanika) Vibuch 2011/

4 Stavba struktury Vibuch 2011/

5 Stavba struktury Ke stavbě 3D struktury reaktantu a produktu můžete použít program Avogadro. Jedná se o volně šiřitelný program, který lze používat jak pod operačním systémem MS Windows tak i pod Linuxovými klony (např. Ubuntu). Vibuch 2011/

6 Draft struktury Při stavbě molekuly nejsou délky vazeb, úhly a další parametry molekuly optimální. Je to dáno způsobem, jakým se v programu Avogadro, struktury editují. Draft struktury je proto nutné před dalším použitím upravit pomocí optimalizace geometrie. Vibuch 2011/

7 Optimalizace struktury Program používá pro optimalizace geometrie metody molekulové mechaniky (MM). Pro její správnou funkci musíte ve struktuře správně uvést řády vazeb. Protože MM je empirickou metodou, musíte zvolit i typ parametrizace. V našem případě budeme používat silové pole MMFF94. Vibuch 2011/

8 Popis molekulárního systému Vibuch 2011/

Skupiny metod Kvantová mechanika Molekulová

folding až 1'000 atomů * až 1'000'000 atomů * až

9 Skupiny metod Kvantová mechanika Molekulová mechanika Coarse-grained mechanika atomové atomic resolution rozlišení bead resolution reaktivita konformační pohyby pohyb domén, folding až 1'000 atomů * až 1'000'000 atomů * až 1'000'000 beads * až 100 ps * až 1 s * až ms * Vibuch 2011/

10 Molekulová mechanika Molecular Mechanics Force Fields Vibuch 2011/

11 Aproximace Schroedingerova rovnice => kvantově mechanický pohled aproximace využívající klasickou fyziku vazebné příspěvky nevazebné příspěvky Klasická fyzika=> mechanický pohled Vibuch 2011/

12 Vazebné příspěvky Vazby Úhly Torzní úhly Vibuch 2011/

13 Vazebné příspěvky Vazby Úhly Torzní úhly empirické parametry Vibuch 2011/

14 Vazebné příspěvky Vazby harmonická aproximace neumožňuje štěpení vazeb!!!!! Vibuch 2011/

15 Nevazebné příspěvky Elektrostatické interakce van der Waalsovy interakce Vibuch 2011/

16 Nevazebné příspěvky Elektrostatické interakce van der Waalsovy interakce empirické parametry Vibuch 2011/

17 Silová pole (Force Fields) Parametry silového pole: K b, d b0, K a, θ a0,v t, n, δ t, n, q i, ε ij, ζ ij Zdroj parametrů: kvantově-chemické výpočty experiment (krystalografické metody, vlastnosti, např. hustota) Přenositelnost parametrů je omezená na určitou skupinu molekul (DNA, proteiny, malé organické molekuly, atd.). Příklady silových polí: proteiny DNA cukry org. molekuly parm99sb parm99sb/bsc0 GLYCAMx GAFF Vibuch 2011/

18 Optimalizace geometrie Vibuch 2011/

19 Plocha potenciální energie (PES) Molekulová mechanika poskytuje energii molekuly E jako funkci polohy všech atomů. Významné body této funkce poskytují informace o stabilních strukturách či tranzitních stavech. Tranzitní stavy odpovídají strukturám, které mají nejvyšší energii na nejoptimálnější cestě z výchozího do koncového stavu konformační přeměny. Jednodimenzionální řez PES tranzitní stav stabilní struktura Vibuch 2011/

20 Nejstabilnější struktura Struktura s nejnižší energií se bude vyskytovat v souhrnu všech molekul s největší pravděpodobností. Od jejích vlastnosti se pak většinou odvíjí vlastnosti celého souboru molekul. Jednodimenzionální řez PES nejstabilnější struktura Vibuch 2011/

21 Optimalizace geometrie Cílem optimalizace geometrie molekuly je najít nejbližší stabilní strukturu. Jednodimenzionální řez PES energie klesá, jdeme směrem největšího spádu (steepest descent) změna geometrie Vibuch 2011/

22 Hledání nejstabilnější struktury Vibuch 2011/

23 Hledání nejstabilnější struktury, I Výchozí optimalizovaná geometrie hexanu má energii 2.5 kj/mol (MMFF94). Jedná se o lokální minimum na ploše potenciální energie, které však není nejnižší. Vibuch 2011/

24 Hledání nejstabilnější struktury, II Avogadro obsahuje metody pro hledání nejstabilnějšího konformeru (struktury). Vibuch 2011/

25 Hledání nejstabilnější struktury, III K hledání nejstabilnějšího konformeru použijeme metodu systematického hledání. Vibuch 2011/

26 Hledání nejstabilnější struktury, IV Nejstabilnější konformer hexanu má energii kj/mol (MMFF94). Geometrii nalezené struktury je vhodné opět zoptimalizovat. Vibuch 2011/

Podobné dokumenty

Studium enzymatické reakce metodami výpočetní chemie

Studium enzymatické reakce metodami výpočetní chemie 2. kolo Petr Kulhánek, Zora Střelcová kulhanek@chemi.muni.cz CEITEC - Středoevropský technologický institut Masarykova univerzita, Kamenice 5, 625 00