1 / 55

Dinamica moleculara: Introducere

Dinamica moleculara: Introducere. In conditii fiziologice, biomoleculele sufera mai multe miscari si modificari Scara de timp a acestor miscari este intre femtosecunde si secunde Aceste miscari sunt esentiale pentru functia biomoleculelor.

india
Download Presentation

Dinamica moleculara: Introducere

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. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Dinamica moleculara: Introducere • In conditii fiziologice, biomoleculele sufera mai multe miscari si modificari • Scara de timp a acestor miscari este intre femtosecunde si secunde • Aceste miscari sunt esentiale pentru functia biomoleculelor

  2. Dinamica moleculara se bazeaza pe legea a doua a dinamici (legea lui Newton):

  3. Miscarea atomilor x(t) Se deduce din energia potentiala V(x)

  4. Energia potentiala V(x) a unei molecule include termeni de legatura Deformarea legaturii Indoirea unghiurilor Rotatia de torsiune Diedre improprii

  5. … si termeni de nelegatura Interactiuni electrostatice Interactiuni van der Waals

  6. Ecuatia pentru termenii de legatura din energia potentiala

  7. Ecuatia pentru termenii de nelegatura

  8. Fiecare dintre aceste interactiuni exercita o forta asupra unui atom dat din molecula • Forta rezultanta se calculaza din functia energiei potentiale Daca se cunoaste forta asupra unui atom se calculeaza miscarea:

  9. Dinamica moleculara: Introducere La un moment de timp, t trebuie cunoscute: • pozitia initiala a fiecarui atom x1 • viteza v1 = dx1/dt • si acceleratia a1 = d2x1/dt2 = m-1F(x1)

  10. Pozitia x2 , a atomului dupa un interval de timp t este, iar viteza v2,

  11. Metoda diferentelor finite Se bazeaza pe dezvoltarea in serie Taylor.Pozitia este:

  12. Viteza (prima derivata): Acceleratia (derivata a doua):

  13. Algoritmul Verlet [Verlet 1967] Prin adunarea celor doua ecuatii

  14. Vieza se poate calcula din sau

  15. Avantaj:Necesar scazut de memorie: doua seturi de coordonate r(t) si r(t-δt) si acceleratia, a(t)

  16. Dezavantaje:Pozitiile r(t+δt) sunt obtinute din adugarea unui termen mic δt2a(t) la o diferenta de termeni mult mai mare Vitezele sunt disponibile numai dupa calcularea pozitiilor din iteratia urmatoare

  17. Dezavantaje:Nu este un algoritm “self-starting”: poztiile sunt obtinute din pozitiile actuale r(t) si pozitiile din iteratia precedenta r(t-δt) La t=0 exista doar un set de pozitii si este necesara o ipoteza pentru pozitiile la t-δt

  18. Se poate folosi seria Taylor

  19. Algoritmul Verlet al vitezelor [Swope et a. 1982]

  20. Algoritmul “leap-frog” [Hockney 1970]

  21. Configuratia initiala:- Date experimentale(cristalografie de raze X, rezonanta magnetica nucleara)- Modele teoretice- Combinatie experiment-teorie

  22. Vitezele initiale, distributia Maxwell-Boltzmann Distrubutia Gauss (normala) <x> este media si σ2 varianta: σ2 =<(x-<x>)2>

  23. Echilibrare • Scop: aducerea sistemului din starea initiala la echilibru teremodinamic • Se monitorizeaza diversi parametri (energia cinetica, potentiala, totala, viteze, temperatura, presiune)

  24. Productie • Calcularea temperaturii: • Nc: numarul de constrangeri • 3N-Nc: numarul gradelor de libertate

  25. Proprietati dependente de timp • Functii de corelatie. Coeficienti de corelatie. M valori ale seturilor de date xi si yi

  26. … sau normalizate (-1 ..+1) Cxy=0: nu exista corelatieCxy=1: grad inalt de corelatie

  27. Intervalul de timp δt pentru integrarea ecuatiilor de miscare: 1 femtosecundaLimitare datorata celei mai rapide forteScala de timp accesibila: 101-103 ns

  28. Ipoteza ergodica:

  29. Cum se modifica o molecula in timpul MD

  30. In general, daca se cunosc valorile x1, v1 si energia potentiala V(x), traiectoria moleculara x(t) poate fi calculata din

  31. Scala de timp a miscarilor in proteine (1)

  32. Scala de timp a miscarilor in proteine (2)

  33. Parametri esentiale pentru dinamica moleculara (setati de utilizator) • Temperatura • Presiune • Pasul de integrare • Constanta dielectrica • Duratele echilibrarilor si ale productiei

  34. Dinamica la temperatura constanta • Scop: studiul comportarii sistemului la schimbarile de temperatura (tranzitii de faza, “folding” si “unfolding”, “simulated annealing”)

  35. Temperatura este legata de energia cinetica prin relatia: Scalarea vietezelor [Woodcock, 1971]: daca temperatura la timpul t este T(t) si vitezele sunt multiplicate cu factorul λ, schimbarea de temperatura poate fi calculata:

  36. Model initial de ADN

  37. Model de AND cu ioni

  38. AND intr-o cutie de apa

  39. “Instantanee”

  40. “lungimea”

  41. Rasucirea medie

  42. Formarea unui helix

  43. Helix din 30 AA

  44. Plierea unei proteine

  45. Canal ionic

More Related