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Biofisicoquímica

Introducción a la Dinámica Molecular

INSTITUTO DE CIENCIAS DE LA SALUD UNIVERSIDAD NACIONAL ARTURO JAURETCHE

Av. Lope de Vega 106, Florencio Varela – Buenos Aires – Argentina

Dr. Eduardo Prieto edprieto@quimica.unlp.edu.ar Dr. Ariel Alvarezaariel@iflysib.unlp.edu.ar

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¿Que es la Dinámica Molecular Clásica?

• Mecánica Clásica (Newtoniana)

• Para cada átomo ƩF=M.a

• Resolver las ecuaciones de movimiento para un sistema de N partículas que interactúan entre sí, a una dada temperatura y presión.

• ¿Cómo interactúan? Las fuerzas se calculan a partir de potenciales de interacción.

• Campos de fuerza “efectivos”

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¿Que es un Campo de Fuerzas?

Un campo de fuerzas usualmente consta de tres partes:

• Un grupo ecuaciones o “formalismos funcionales”.• Parámetros para esos “formalismos funcionales”

que, usualmente, dependen del tipo de átomo.• Un grupo definido de “bloques” (moléculas,

monómeros, etc. – p.ej. aminoácidos).

V(V(rr)= V)= Venlacesenlaces((rr) + V) + Vángulosángulos((rr) + V) + Vdihedrosdihedros((rr) + V) + Vno-enlazantesno-enlazantes((rr) )

VVno-enlazantesno-enlazantes((rr) = V) = VCoulombCoulomb((rr) + V) + VLJLJ((rr) )

http://www.ch.embnet.org/MD_tutorial/pages/MD.Part2.html

http://csb.stanford.edu/levitt/sample/Slide11.jpg

http://www.ch.embnet.org/MD_tutorial/pages/MD.Part2.html

http://csb.stanford.edu/levitt/sample/Slide11.jpgImágenes

Las Interacciones en Dinámica Las Interacciones en Dinámica MolecularMolecular

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La elección del Campo de Fuerzas

La elección del campo de fuerzas es uno de los factores más importantes para realizar un estudio por DM

• Un buen Campo de Fuerzas requiere de Años de Trabajo de Mucha gente.

• ¡Todos los parámetros para todas las moléculas deben ser consistentes!

• La primer pregunta es ¿cual campo de fuerzas tiene parámetros para todos los átomos del sistema?

Cuando faltan parámetros:

• Buscarlos en literatura• Si no hay éxito, se deben construir (parametrización del

campo de fuerzas)

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Gráficamente…

Ver video IntroducingMD.avi

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Práctico del Hielo

• Esquema general– Parto de datos experimentales (ice.pdb)– Minimizo la energía (prueba “0” para el

campo de fuerzas – modelo)– “Calentamos” a 100K– Calentamos a 273K– Calentamos a 320K– Enfriamos a 273K– Finalmente… Analizamos!

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Ahora… la “Película”

Ver video Ver video Practico-hielo.aviPractico-hielo.avi

Esquema de una Dinámica Molecular

A) Datos de Entrada1.Coordenadas Iniciales (.gro)2.Topología de las moléculas (.top)3.Condiciones de la Simulación (.mdp)

B) Procesamiento Digital (Simulación propiamente dicha)Integrador de MD, EM, SD, Montecarlo, etc. (en nuestro caso son 2 pasos en lugar de uno solo *)

C) Datos de Salida1.Coordenadas: cuadros fijos y/o trayectorias (.trr, .xtc y .gro)2.Energías: Energías de interacción, Temp., Presión, Vol., etc. (.edr)

(*)MD, EM, SD: Molecular Dynamics, Energy Minimization, Stochastic Dynamics.El paso B) cuando se usa GROMACS consiste en ejecutar 1º grompp y luego mdrun.

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100K

13/03/1111

100K

13/03/1112

100K

Densidad

13

273K

13/03/1114

273K

13/03/1115

273K

Densidad

16

320K

13/03/1117

320K

13/03/1118

320K

Densidad

19

Water 273K

13/03/1120

Water 273K

13/03/1121

Water 273K

Densidad

0 1 2 3 40

20

40

60

80

g(r)

r/

Radial Distribution Function g(r)

0K

13/03/11

0 1 2 3 40

2

4

6

8

g(r)

r/

Radial Distribution Function g(r)

100K

13/03/11

0 1 2 3 40

1

2

3

4

5g(

r)

r/

Radial Distribution Function g(r)

273K

13/03/11

0 1 2 3 40.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5g(

r)

r/

Radial Distribution Function g(r)

320K

13/03/11

0 1 2 3 40.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5g(

r)

r/

Radial Distribution Function g(r)

W-273K