Empirické potenciály a jejich poušití pro studium biomolekul

Empirické potenciály a jejich poušití pro studium biomolekul

M. Kabeláč - ÚOCHB
Empirické potenciály a jejich použití
pro studium biomolekul
rychlý a jednoduchý výpočet energie studovaného systému
dostatečně přesný –specifická silová pole vhodná jen pro
studium určitých systémů
QCH ~102 atomů
empirické potenciály ~105 atomů – explicitní zahrnutí vlivu
okolního prostředí
-
Požadavky:
DREIDING(Mayo et al., 1990)
MMFF94 (Merck, Available in CHARMM)(Halgren, 1996)
MM3(Lii & Allinger, 1991)
OPLS/AMBER(Jorgensen & Tirado-Rives, 1988; Pranata et al.,
1991)
AMBER(Cornell et al., 1995)
CHARMM(Foloppe & MacKerell, 2000; MacKerell & Banavali,
2000;
Class I –harmonické aproximace
Empirické potenciály
V= Vintramolecular + V intermolecular
sp2 aromatic C, 5&6 membered ring junction
sp2 aromatic C, 5 memb. ring HIS
sp2 C 5 memb.ring in purines
sp2 C pyrimidines in pos. 5 & 6
sp2 C aromatic 5&6 memb.ring junct.(TRP)
sp2 C in 5 mem.ring of purines between 2 N
sp2 arom as CQ but in HIS
sp3 aliphatic C
sp2 arom. 5 memb.ring w/1 N and 1 H (HIS)
sp2 arom. 5 memb.ring w/1 N-H and 1 H (HIS)
sp2 arom. 5 memb.ring w/1 subst. (TRP)
CB 12.01
CC 12.01
CK 12.01
CM 12.01
CN 12.01
CQ 12.01
CR 12.01
CT 12.01
CV 12.01
CW 12.01
C* 12.01
sp2 C carbonyl group
sp2 C pure aromatic (benzene)
12.01
CA 12.01
C
Carbon atom types (AMBER-parm94 FF)
Atomové typy - dány topologií molekuly - united
- explicit
Explicitní uvažování polarizability časově náročné, navíc problémy s
převodem hodnot do různých prostředí
Polarizovatelný model vody –solvatace iontů, micelární komplexy
µi = αiEi
i
Vpol = 1 / 2∑ µiEi
Polarizabilita- většinou není explicitně zahrnuta, používají se atomové
náboje, které přeceňují molekulové dipóly
Explicitní – přesnější
Modely vody – nejjednodušší rigidní – fixní geometrie, počítány jen
nevazebné interakce
Flexibilní- vnitřní změna struktury,někdy zahrnuta polarizovatelnost
Solvatace
-implicitní – méně časově náročná, mohou selhat, pokud jsou důležité
specifické interakce mezi látkou a rozpouštědlem
Poisson-Boltzmann, generalized Born model
Výpočty solvatační energie na základě MD s explicitním solventem
TIPS- Jorgensen
TIP3P - náboje jen na atomech, LJ interakce jen na kyslíku nejrozšířenější -AMBER
TIP4P -pozice záporného náboje mimo kyslík, lepší shoda s exp.
daty - OPLS
TIP5P, SP2 - zahrnutí volných el. párů, výpočetně náročné
Modely vody
Interakce dlouhého dosahu
Výpočetně nejnáročnější
LJ interakce rychle vyhasínají, interakce multipólů nikoliv
použití cut-offu ~9 A
v periodickém prostředí využití Ewaldovy sumace -PME
Náboje – ESP, RESP – na QM molekulový elektrostatický potenciál
supermolekulární přístup
Testování na řadě podobných molekul
• Na experimentální údaje – x-ray, spektra, fyzikální vlastnostihustota, výparná tepla, tepelné kapacity
• Teoretické –QM výpočty, částečný problém gas phase/solvent
Parametrizace silového pole
Nukleové kyseliny
AMBER, CHARMM, GROMOS, FLEX
Nutné použít PME metodu pro získání stabilních trajektorií
Amber parm94 -problémy s geometrií cukrů
parm99 -podceněný twist
Proteiny
OPLS, CHARMM, AMBER
Parametrizování φ,ψ na QM pro AlaAla, doplněno o Gly, Pro
MD simulace krátkých proteinů a porovnání φ,ψ s distribucí v
databázích
Amber – parm99 má readjustované parametry na lepší shodu
φ,ψ s QM , odstranění preference α-helixu