C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -1-
4. Programy pro molekulové modelování I
Petr Kulhánek
kulhanek@chemi.muni.cz
Národní centrum pro výzkum biomolekul, Přírodovědecká fakulta
Masarykova univerzita, Kotlářská 2, CZ-61137 Brno
C7790
Počítačová chemie a
molekulové modelování I
C7800 Počítačová chemie a molekulové modelování I - cvičení
C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -2-
Přehled
VMD
http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/
Program pro vizualizaci molekul. Po bezplatné registraci dostupný pro MS
Windows a Linux.
Avogadro
http://avogadro.openmolecules.net/wiki/Main_Page
Program pro stavbu a vizualizaci molekul. Volně dostupný pro MS Windows a
Linux.
Přehled funkcionality: https://www.youtube.com/watch?v=xdmLoBlLmqs
C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -3Stavba
modelu
Program Avogadro
C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -4Spuštění
programu Avogadro
$ avogadro
Spuštění terminálu
C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -5Stavba
modelu
Ke stavbě 3D modelu 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).
C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -6Draft
modelu
Při stavbě molekuly nejsou délky vazeb, úhly a další parametry molekuly optimální.
Je to dáno způsobem, jakým se v programu Avogadro, struktury editují. Draft
modelu je proto nutné před dalším použitím upravit pomocí optimalizace
geometrie.
C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -7Optimalizace
modelu
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.
C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -8Úkol
I
1. V programu Avogadro vytvořte model komplementárního párování bází G (guanin) a C
(cytosin), podle níže uvedeného schématu. K saturaci volných valencí použijte atom
vodíku. K optimalizaci geometrie použijte silové pole MMFF94.
https://en.wikipedia.org/wiki/Base_pair
C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -9Vizualizace
molekulárně
dynamických simulací
Program VMD
C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -10Úkol
II
průběh molekulárně dynamické
simulace molekulárního
přepínače
C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -11Zobrazení
simulace
$ ~kulhanek/start-vmd-1
Spuštění terminálu
C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -12Program
VMD
Program slouží k vizualizaci (bio)molekul a k analýze výsledků molekulárně dynamických
simulací. Program je volně dostupný (vyžaduje registraci) a je dostupný i pro operační
systém MS Windows.
http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/
Spuštění programu:
$ module add vmd
$ vmd
C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -13-
VMD
Representation
VMD
http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/
Program pro vizualizaci molekul. Po bezplatné registraci dostupný pro MS
Windows a Linux.
C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -14Program
VMD – změna modelů
Selekce (volba, maska) části molekuly:
water – zvolí všechny molekuly vody
resname X – zvolí residuum s názvem X
resid X – zvolí residuum s číslem X
not hydrogen – nezobrazuj atomy vodíků
Příklady:
resid 1 to 7
resid 8 9 10
residuum muže být aminokyselina, ligand, či část ligandu
C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -15Program
VMD – měření
pokud máme načtenou
trajektorii, zobrazí časový
průběh měřené vzdálenosti
C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -16-
Úkoly
• Kolik atomů obsahuje model?
• O jaký cucurbit[n]uril se jedná?
• Co se děje s molekulami vody na rozhranní simulačního boxu?
• Jaké funkční skupiny obsahuje osička?
• Jaký je celkový náboj osičky?
C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -17Úkol
III
Simulace enzymatické reakce
C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -18Endonukleáza
MutH
C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -19Endonukleáza
MutH
Hybridní QM/MM přístup
aktivní centrum
(QM)
zbytek
(MM)
C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -20Zobrazení
simulace
$ ~kulhanek/start-vmd-2
Spuštění terminálu
C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -21-
Úkoly
• Lokalizujte aktivní místo enzymu. Jakou roli mají hořečnaté
kationty?
• Jakou reakci enzym katalyzuje?
• Lokalizujte štěpenou molekulu DNA.
• Ve struktuře DNA nalezněte GC páry.
• Změřte vzdálenost atakujícího atomu kyslíku k atomu fosforu a
zobrazte její časový vývoj.
• Co se stane s odstupující alkoxy skupinou?