2 ο εργαστήριο ιαµορφωτική Ανάλυση Συστηµατική αναζήτηση Τυχαία δειγµατοληψία Μοριακή υναµική 2

Σχετικά έγγραφα

Εισαγωγή στη Μοριακή Προσοµοίωση

ΦΑΡΜΑΚΩΝ WORKSHOP ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ

Ενεργειακή ανάλυση βιομορίων

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ ΦΑΡΜΑΚΩΝ

[1] Εύρεση διαµορφωµερών ελάχιστης ενέργειας µε χρήση του

Μοριακά πρότυπα. Σε τι διαφέρουν από τα μεταλλικά συστήματα; Παραδείγματα τύπων ατόμων. Η έννοια του τύπου ατόμου

16. Να γίνει µετατροπή µονάδων και να συµπληρωθούν τα κενά των προτάσεων: α. οι τρεις ώρες είναι... λεπτά β. τα 400cm είναι...

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ ΜΕ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΕ ΜΟΡΙΑ, ΥΛΙΚΑ, ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

Πρόγνωση δομής πρωτεϊνών (Μέρος Ι)

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ ΜΕ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΕ ΜΟΡΙΑ, ΥΛΙΚΑ, ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ

Επίλυση γεωµετρικών περιορισµών σε µικρά µόρια µε αλγεβρικές µεθόδους

ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Μηχανική ενέργεια Εσωτερική ενέργεια:

Προσοµοιώσεις µοριακής δυναµικής

ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Μηχανική ενέργεια Εσωτερική ενέργεια:

ΜΑΘΗΜΑ - VI ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ Ι (ΚΛΑΣΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ) Α. ΑΣΚΗΣΗ Α3 - Θερµοχωρητικότητα αερίων Προσδιορισµός του Αδιαβατικού συντελεστή γ

Βασικές αρχές της Φασµατοσκοπίας NMR

Μηχανική ΙI. Λογισµός των µεταβολών. Τµήµα Π. Ιωάννου & Θ. Αποστολάτου 2/2000

ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ - ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΑ

Ασκήσεις Κεφαλαίου 2

Εύρεση διαμορφωμερών ελάχιστης ενέργειας με χρήση του προγράμματος Spartan 08 v

6. Στατιστικές μέθοδοι εκπαίδευσης

Σύζευξη σπιν-σπιν J = 0 J 0

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Μηχανική Ι 22 Ιανουαρίου, 2019

ΘΕΜΑΤΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ

2. Οι νόµοι της κίνησης, οι δυνάµεις και οι εξισώσεις κίνησης

ΑΝΩΤΕΡΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Φυσικής Πτυχιακή εξέταση στη Μηχανική ΙI 20 Σεπτεμβρίου 2007

Μοριακός Χαρακτηρισμός Πολυμερών

ΔΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑ ΧΡΟΝΟΣΗΜΑΣΜΕΝΩΝ, ΑΚΟΛΟΥΘΙΑΚΩΝ, ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΤΥΠΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ

Οργανική Χημεία. Κεφάλαια 12 &13: Φασματοσκοπία μαζών και υπερύθρου

Υπολογισµός ιδιοτήτων ροής ιδιοτήτων µεταφοράς µε µεθόδους Μοριακής υναµικής

ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΣΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ Σεπτέµβριος 2001 ΘΕΜΑ 1 Ένα φυσικό σύστηµα, ενός βαθµού ελευθερίας, περιγράφεται από την ακόλουθη συνάρτηση

κλασσική περιγραφή Κλασσική στατιστική

1) Εισαγωγή. Κλασσική ατομιστική προσομοίωση. Περιεχόμενα. Μερικές εφαρμογές. Κλασσική ατομιστική προσομοίωση


(Β' Τάξη Εσπερινού) Έργο Ενέργεια

ΥΔΡΑΥΛΙΚΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ

Θεματικές Ενότητες (Διατιθέμενος χρόνος) Διεθνές σύστημα μονάδων Μήκος, μάζα, χρόνος. (4 ώρες)

ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΟΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΑΠΟΣΤΑΣΕΩΝ - ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ

Η μέθοδος της Μοριακής Δυναμικής και η χρήση της στις κοπές νανοκλίμακας

3. ΥΝΑΜΙΚΗ ΡΟΜΠΟΤΙΚΩΝ ΒΡΑΧΙΟΝΩΝ

ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΚΑ ΔΙΚΤΥΑ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΟΙ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΑΠΟΣΤΑΣΕΩΝ - ΠΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ

ΚΛΑΣΙΚΗ (ΧΗΜΙΚΗ) ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ ΕΙΣΑΓΩΓΗ

[1] Εύρεση διαμορφωμερών ελάχιστης ενέργειας με χρήση του προγράμματος

ΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑ-V ΑΣΚΗΣΗ Α2 - JOULE-THOMSON

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ΣΩΜΑΤΟΣ ΣΕ ΠΛΑΓΙΟ ΕΠΙΠΕΔΟ ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΟΥ ΣΥ- ΝΤΕΛΕΣΤΗ ΤΡΙΒΗΣ ΟΛΙΣΘΗΣΗΣ

ΚΛΑΣΙΚΗ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑ-ΙΙΙ ΤΑ ΘΕΡΜΟ ΥΝΑΜΙΚΑ ΑΞΙΩΜΑΤ

XHMIKH KINHTIKH & ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ. Γλυκόζη + 6 Ο 2 6CO 2 + 6H 2 O ΔG o =-3310 kj/mol

Εισαγωγή στην Ρομποτική

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ Β. συντελεστής απόδοσης δίνεται από τη σχέση e = 1

Ένας δακτύλιος με μια μπίλια

Τμήμα Τεχνολογίας Τροφίμων. Ανόργανη Χημεία. Ενότητα 10 η : Χημική κινητική. Δρ. Δημήτρης Π. Μακρής Αναπληρωτής Καθηγητής.

. Για τα δύο σωµατίδια Α και Β ισχύει: q Α q, Α, q Β - q, Β 4 και u Α u Β u. Τα δύο σωµατίδια εισέρχονται στο οµογενές µαγνητικό πεδίο, µε ταχύτητες κ

Εξισώσεις Κίνησης (Equations of Motion)

Μεθοδολογία Παραβολής

υναµ α ι µ κή τ ων Ρ οµ ο π µ ο π τ ο ικών Βραχιόνων

ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ

ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΑΕΡΙΩΝ ΘΕΩΡΙΑ

Α3. Όταν η πίεση ορισμένης ποσότητας ιδανικού αερίου διπλασιάζεται υπό σταθερή θερμοκρασία, τότε η μέση κινητική ενέργεια των μορίων του αερίου:

Προβλήματα Κεφαλαίου 2

υναµική ισορροπία Περιορισµένη περιστροφή Αναστροφή δακτυλίου Αναστροφή διάταξης Ταυτοµέρεια

Άσκηση 7. Προσομοίωση 3D Δομών Βιομορίων μέσω. Ομολογίας & Threading

ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ. Εκπέμπεται από σώματα που έχουν θερμοκρασία Τ > 0 Κ. Χαρακτηρίζεται από το μήκος κύματος η τη συχνότητα

ΤΕΛΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΧΕΙΜΕΡΙΝΗΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗΣ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΟΥ ΕΤΟΥΣ & ΕΠΙ ΠΤΥΧΙΩ ΕΑΡΙΝΗ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Β ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΕΜΠΤΗ 13 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΥ 2001 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΟ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Α ΛΥΚΕΙΟΥ

Μέθοδοι μονοδιάστατης ελαχιστοποίησης

ΤΕΧΝΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ι -ΣΤΑΤΙΚΗ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ Τμήμα Χημείας Φυσική 1 1 Φεβρουαρίου 2017

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ Ο.Ε.Φ.Ε ΘΕΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΚΑΙ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ

κατά το χειµερινό εξάµηνο του ακαδηµαϊκού έτους ΕΜ-351 του Τµήµατος Εφαρµοσµένων Μαθηµατικών της Σχολής Θετικών

Εισαγωγή Αλγόριθµοι Αποτελέσµατα Επίλογος Ορισµός του Προβλήµατος Ευθυγράµµιση : Εύρεση ενός γεωµετρικού µετασχηµατισµού που ϕέρνει κοντά δύο τρισδιάσ

Αλγόριθμος Metropolis. Γ. Θεοδώρου 1

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΕ ΠΟΛΥΦΑΣΙΚΑ, ΠΟΛΥΣΥΣΤΑΤΙΚΑ & ΑΝΤΙΔΡΩΝΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Α4. Σύστηµα δυο αρχικά ακίνητων ηλεκτρικών φορτίων έχει ηλεκτρική δυναµική ενέργεια U 1 = 0,6 J. Τα φορτία µετατοπίζονται έτσι ώστε η ηλεκτρική δυναµι

ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ

Ε ανάληψη. Α ληροφόρητη αναζήτηση

Θέμα Α. Στις παρακάτω ερωτήσεις να επιλέξετε τη σωστή απάντηση.

ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ. κινητική + + δυναμική

Μέθοδοι μονοδιάστατης ελαχιστοποίησης

ΧΗΜΙΚΗ ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΓΕΝΙΚΑ. Σύντομη αναφορά στον όρο «Χημική κινητική» ΠΩΣ ΟΔΗΓΟΥΜΑΣΤΕ ΣΤΑ ΑΝΤΙΔΡΩΝΤΑ


ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΗΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗΣ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΥ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΟΥ ΕΤΟΥΣ

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ

Διαγώνισμα Προσομοίωσης -Φυσική Προσανατολισμού Β Λυκείου-

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΩΝ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΟ ΕΤΟΣ

ΤΥΠΟΛΟΓΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤ-ΤΕΧΝ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΕΑΡΙΝΗΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗΣ & ΕΠΙ ΠΤΥΧΙΩ ΧΕΙΜΕΡΙΝΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΟΥ ΕΤΟΥΣ

Απαντήσεις Διαγωνισµού Μηχανικής ΙΙ Ιουνίου Ερώτηµα 2

1. Δυναμική Ενέργεια και Διατηρητικές Δυνάμεις

ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΚΑΙ ΑΕΡΟΝΑΥΠΗΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΤΩΝ ΡΕΥΣΤΩΝ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΑΥΤΗΣ

Προτεινόμενο Πρόγραμμα Σπουδών. Για το Τμήμα Φυσικής της Σχολής Θετικών Επιστημών (Λαμία) του ΠΘ

Στοιχείατης. τηςθεωρίαςτης Σχετικότητας. Άλµπερτ Αϊνστάιν 1905

ΕΝΩΣΗ ΚΥΠΡΙΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

Διαγώνισμα Γ Λυκείου Θετικού προσανατολισμού. Διαγώνισμα Μηχανική Στερεού Σώματος. Σάββατο 24 Φεβρουαρίου Θέμα 1ο

Μεθοδολογία Έλλειψης

ΤΕΙ ΚΕΝΤΡΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ

Transcript:

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ ΕΘΝΙΚΟ Ι ΡΥΜΑ ΕΡΕΥΝΩΝ ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ & ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΟΡΙΑΚΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ

2 ο εργαστήριο ιαµορφωτική Ανάλυση Συστηµατική αναζήτηση Τυχαία δειγµατοληψία Μοριακή υναµική 2

Σηµεία της PES Το PES χαρακτηρίζεται από: Ελάχιστα (χαµηλής ενέργειας διαµορφώσεις) Μέγιστα ή ενεργειακά φράγµατα Ενδιάµεσα σηµεία High barrier Local minimun Local minimun Low barrier Global minimun 3

ιαµορφωτικήανάλυση Εύρεση του διαµορφωτικού χώρου ενός µορίου µε χρήση υπολογιστικής χηµείας και µοριακής µοντελοποίησης. Γιατί; Εύρεση των ενεργειακών ελαχίστων (αντιπροσωπευτικών). Ολικό Ελάχιστο Πιθανή ενεργή διαµόρφωση Ελάχιστο µε το µεγαλύτερο πληθυσµό διαµορφώσεων 4

ιαµόρφωση ελάχιστης ενέργειας = Βιοδραστική διαµόρφωση;; Υψηλή Ενέργεια Ενέργεια (KJ/mol) Ολικό Ελάχιστο 5

Αλγόριθµοιελαχιστοποίησης τηςενέργειας Οι περισσότεροι αλγόριθµοι ελαχιστοποίησης της ενέργειας απλώς «κυλούν» µέχρι να συναντήσουν το πλησιέστερο ενεργειακό ελάχιστο. Καµίαµέθοδοςδεµπορείναεγγυηθείγιατηνεύρεσητου ολικού ελάχιστου. εν υπάρχει καλύτερη µέθοδος. Η κάθε µία είναι καλή για συγκεκριµένο πρόβληµα. 6

Μεθοδολογία Σύγκριση διαµορφώσεων Παραγόµενες νέες διαµορφώσεις Εφαρµογή αλγορίθµου για τη διαµορφωτική ανάλυση Επιλογή αρχικής διαµόρφωσης και των δίεδρων γωνιών που θα µελετηθούν ΣΥΣΤΗΜΑΤΙΚΗ ΑΝΑΖΗΤΗΣΗ (Εξονυχιστική µελέτη όλων των δίεδρων γωνιών) - ιεξοδική, Αργή διαδικασία (Grid Scan) ΤΥΧΑΙΑ ΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑ Σύντοµη, ενδεχοµένως ατελής (Random Sampling) 7

Εφαρµογή Grid Scan στο irbesartan α. Η διαµόρφωση του διφαινυλίου. β. Ο προσανατολισµός του τετραζολίου σχετικά µε το φαινυλικό δακτύλιο Γ. γ. Ο προσανατολισµός του δακτυλίου Α σε σχέση µε το διφαινυλικό σύστηµα. δ. Ηδιαµόρφωσηκαιηευκινησίατηςαλκυλικήςαλυσίδας. 10 τ 7 τ 9 6 8 7 τ 5 6 3 N Α 2 1 N τ 2 11 12 τ 1 E 6a 4 6c 5 O 13 B 6b 14 17 18 15 16 τ 3 τ 4 24 23 N N NH 25 N Γ 19 22 20 21 τ 1 : N1-C11-C12-C17 τ 2 : C2-N1-C11-C12 τ 3 : C14-C15-C18-C19 τ 4 : C22-C23-C24-N25 τ 5 : C8-C7-C2-N1 τ 6 : C9-C8-C7-C2 τ 7 : C10-C9-C8-C7 Ορισµός δίεδρης C14-C15-C18-C19 Ορισµός µεταβολής της τιµής της 0-355 ο ανά 5 ο Επιλογή αλγόριθµου ελαχιστοποίησης Conjugate Gradient Οµαδοποίηση των διαµορφώσεων Ανάλογα µε τη δίεδρη ή τις ατοµικές συν/νες 8

Εφαρµογή σε 1 δίεδρη 10 τ 7 τ 9 6 8 7 τ 5 6 3 N Α 2 1 N τ 2 11 12 τ 1 E 6a 4 6c 5 O 13 B 6b 14 17 18 15 16 τ 3 τ 4 24 23 N N NH 25 N Γ 19 22 τ 1 : N1-C11-C12-C17 τ 2 : C2-N1-C11-C12 τ 3 : C14-C15-C18-C19 τ 4 : C22-C23-C24-N25 τ 5 : C8-C7-C2-N1 20 21 τ 6 : C9-C8-C7-C2 τ 7 : C10-C9-C8-C7 υναµική Ενέργεια A Β A Β Γ -120 ο -60 ο 0 ο 60 ο 120 ο ίεδρητ 3 Γ 9

Εφαρµογή σε 2 δίεδρες Ε Σ Τ Ζ τ 2 ( ο ) Η Θ τ 1 ( ο ) 10

Απεικόνιση σε 3 διαστάσεις Ενέργεια Ε=f(τ 1, τ 2 ) τ 1 τ 2 11

Περιστροφή τ 1 τ 2 12

ιάγραµµα 2 διαστάσεων ισοενεργειακών καµπυλών Contour plot 13

Συνδυαστική έκρηξη 5 δίεδρες 0-360 ο /30 ο 7 δίεδρες 0-360 ο /30 ο 12 5 248832 1sec/διαµόρφωση ~36 εκ. 70 ώρες 400 µέρες!!! 14

300 δις!!! 15

Οικογένειες διαµορφώσεων Οικογένεια Β Οικογένεια Α 16

ιαµορφωµερή που εντοπίζονται στο ίδιο φρέαρ δυναµικού 17

Σχεδιασµός δυσδιάστατης διαµόρφωσης µορίου Αρχική τρισδιάστατη διαµόρφωση ηµιουργία νέας διαµόρφωσης µε προσθήκητυχαίων (x,y,z) καρτεσιανών συντεταγµένων ηµιουργία νέας διαµόρφωσης µε τυχαία περιστροφή των δίεδρων γωνιών Τυχαίαδειγµατοληψία Όχι Ελαχιστοποίηση Νέα διαµόρφωση? Προσθήκη στα νέα διαµορφωµερή Ναι Oλοκλήρωση διαδικασίας? Όχι Ναι Τέλος Χρήση διαµόρφωσης ως αρχική για νέους υπολογισµούς 18

ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ διαδικασία που επιχειρεί να περιγράψει ένα πραγµατικό σύστηµα µέσα από τη µοντελοποίησή του. Προβλέπει τη συµπεριφορά των συστηµάτων λαµβάνοντας υπόψη παραµέτρους της αρχικής τους θέσης και κατάστασης καθώς και του περιβάλλοντος µέσα στο οποίο βρίσκονται. 19

Manhattan Project 20

Εφαρµογές της προσοµοίωσης Βιολογία Φυσική Χηµεία Μετεωρολογία ιαστηµική Μηχανολογία Ψυχολογία Κοινωνιολογία 21

22

Προσοµοίωση Βιολογικών Συστηµάτων Αναστολέας της παγκρεατικής θρυψίνης από βοοειδές (BPTI Bovine Pancreatic Trypsin Inhibitor) ΜΜ, κενό, 9,2 ps, 1975: Κρυσταλλογραφική δοµή Πρωτεΐνες Άκαµπτες δοµές ιαµορφώσεις από NMR και X-ray αντιπροσωπεύουν µια στατική εικόνα ήτοµέσοόροτωνδιαµορφώσεων του µοριακού συστήµατος. υναµικά συστήµατα οι εσωτερικές κινήσεις παίζουν καθοριστικό ρόλο στη λειτουργικότητα του µορίου 23

Προσοµοίωση Μοριακών Συστηµάτων Μοριακή Μοντελοποίηση Προσοµοίωση σε Η/Υ Μοριακό σύστηµα = υναµικό σύστηµα 24

Τεχνικές Προσοµοίωσης Προσοµοίωση Μοριακού Συστήµατος Μοριακή υναµική -MD Monte Carlo -MC 25

Εφαρµογές προσοµοίωσης σε Μοριακά Συστήµατα Προσοµοίωση Μοριακών Συστηµάτων ιαµορφωτική Ανάλυση Περιγραφή του συστήµατος σε ισορροπία Μελέτη υναµικής του συστήµατος (µόνο µε MD) οµικές ιδιότητες Κινητικές ιδιότητες Θερµοδυναµικές ιδιότητες 26

Μοριακή υναµική (Molecular Dynamics) Προσοµοίωση των δυναµικών κινήσεων του µορίου σε σχέση µε το χρόνο σε δεδοµένη θερµοκρασία Αποτελεί µια επέκταση της Μοριακής Μηχανικής Γίνεται χρήση πεδίου δυνάµεων για τον προσδιορισµό των δυνάµεων σε κάθε άτοµο Ακολουθώντας τη µηχανική του Νεύτωνα, υπολογίζεται η επιτάχυνση και η ταχύτητα των ατόµων από τις ασκούµενες δυνάµεις. ( ύναµη = Μάζα x επιτάχυνση) Ολική ενέργεια = υναµική + Κινητική 27

Βασικές αρχές Μοριακής υναµικής Επιλέγονται οι αρχικές θέσεις (συντεταγµένες) των ατόµων του µοριακού συστήµατος. Για πρωτεϊνικά µόρια οι συντεταγµένες συνήθως λαµβάνονται από κρυσταλλογραφικά δεδοµένα. Επιλέγονται οι αρχικές ταχύτητες των ατόµων. Συνήθως επιλέγονται τιµές που ικανοποιούν την κατανοµή Boltzmann σε συγκεκριµένη θερµοκρασία ενώ στη συνέχεια κανονικοποιούνται προκειµένου η συνολική ορµή του συστήµατος να είναι µηδέν. Υπολογίζεται η ορµή του κάθε ατόµου από την ταχύτητα και τη µάζα του. Υπολογίζονται οι δυνάµεις που ασκούνται σε κάθε άτοµο ως αποτέλεσµα των αλληλεπιδράσεών του µε άλλα άτοµα από την εξίσωση της ενέργειας. Μετά από t (βήµα της προσοµοίωσης) υπολογίζονται οι νέες θέσεις των ατόµων στο χώρο. Υπολογίζονται οι νέες ταχύτητες και οι επιταχύνσεις των ατόµων. Επαναλαµβάνονται τα βήµατα ώστε το σύστηµα να φτάσει σε ισορροπία. Αφού το σύστηµα έλθει σε ισορροπία καταγράφονται οι ατοµικές συντεταγµένες του συστήµατος σε µικρά διαστήµατα. (trajectory file) Συνεχίζεται η καταγραφή των δεδοµένων µέχρις ότου είναι αρκετά για να δώσουν αποτελέσµατα µε την απαιτούµενη ακρίβεια. Αναλύονται τα αρχεία τροχιάς και αντλούνται πληροφορίες για το µοριακό σύστηµα. 28

Μοριακή υναµική στον Η/Υ Αρχική ιαµόρφωση 29

Μήκος: 10 µέτρα Ύψος: 4 µέτρα Πόση είναι η επιφάνεια που καλύπτει το µπλε? 1. Τυχαία επιλογή µιας θέσης εντός του παραλληλόγραµµου 2. Εάν βρίσκεται εντός της µπλε περιοχής, το σηµείο καταγράφεται 3. Η παραπάνω διαδικασία επαναλαµβάνεται 10,000 φορές Μπλέ περιοχή= Αριθµός µπλεσηµείων 10000 x 2 40τµ 30

Monte Carlo Έναρξη µε διαµόρφωση A (ενέργειας E A ) Τυχαία µεταβολή στη διαµόρφωση B (ενέργειας E B ) Κίνηση αποδεκτή όταν: E B < E A 31

Βασικές αρχές προσοµοίωσης Monte Carlo Επιλέγονται οι αρχικές συντεταγµένες των ατόµων του συστήµατος. Υπολογίζεται η ενέργεια του συστήµατος. Επιλέγεται µια τυχαία κίνηση του συστήµατος στο χώρο. Υπολογίζεται η ενέργεια του συστήµατος για τη νέα του διαµόρφωση. Ελέγχεται αν θα διατηρηθεί η νέα διαµόρφωση ή θα απορριφθεί και τα άτοµα θα επιστρέψουν στις προηγούµενες θέσεις τους. Με τον τρόπο αυτό διασφαλίζεται ότι τα αποτελέσµατα αναπαράγουν µια κατανοµή Boltzmann. Επαναλαµβάνονται τα βήµατα 3 έως 5 µέχρι το σύστηµα να έρθει σε ισορροπία. Συλλέγονται τα δεδοµένα κατά τη διάρκεια της επαναληπτικής διαδικασίας για τον υπολογισµό της ζητούµενης ιδιότητας. 32

Κριτήρια Επιλογής ή Απόρριψης της κίνησης Κίνηση αποδεκτή όταν: E B < E A Αν E B > E A τότε υπολογίζεται ο συντελεστής Boltzmann της διαφοράς της ενέργειας. exp [-(V νέα (rn) V προγ (rn)) / kbt] Κατόπιν παράγεται ένας αριθµός Χ τυχαία µεταξύ του 0 και του 1 και συγκρίνεται µε το αποτέλεσµα του συντελεστή Boltzmann. Εάν Χ> συντελεστή Boltzmann, η νέα διαµόρφωση απορρίπτεται και ανακτάται η προηγούµενη προκειµένου να χρησιµοποιηθεί για το επόµενο βήµα. Εάν Χ< συντελεστή Boltzmann, η νέα διαµόρφωση γίνεται αποδεκτή και το επόµενο βήµα ξεκινά από αυτή. Μέσω της διαδικασίας αυτής επιτρέπεται η κίνηση σε στάθµες υψηλότερης ενέργειας. Όσο µικρότερη είναι η κίνηση προς τις στάθµες αυτές (δηλαδή µικρότερη τιµής της Vνέα(rN) Vπρογ(rN)), τόσο πιο πιθανή είναι η αποδοχή της κίνησης αυτής και κατά συνέπεια της παραγόµενης διαµόρφωσης. 33

Προσοµοίωση µορίου σε διαλύτη µε χρήση περιορισµών (boundaries) MD MC 1000 µόρια 3,3 10 25 Μόρια Η 2 Ο Όλα έχουν επαφή µε τα τοιχώµατα 1,5 10 6 Μόρια στα τοιχώµατα Τιµές των ιδιοτήτων των µορίων στο εσωτερικό Συνολικός αριθµός σωµατιδίων στο κέντρο ct 34

Προσοµοίωση Μοριακών Συστηµάτων ιαµορφωτική Ανάλυση Περιγραφή του συστήµατος σε ισορροπία Μελέτη υναµικής του συστήµατος (µόνο µε MD) οµικές ιδιότητες Κινητικές ιδιότητες Θερµοδυναµικές ιδιότητες 35

Εφαρµογή της MD σε τρία στάδια Αρχική ιαµόρφωση 36

1 ο ΒΗΜΑ: ΘΕΡΜΑΝΣΗ Χρόνος 37

2 ο ΒΗΜΑ: ΕΞΙΣΟΡΡΟΠΙΣΗ 3 ο ΒΗΜΑ: ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ 4 ο ΒΗΜΑ: :???? 38

ιαµορφώσεις στο αρχείο τροχιάς 39

40

Eύρεση τοπικών ενεργειακών ελαχίστων µε χρήση Μοριακής υναµικής 41

Simulated Annealing (SA) Ψύξη Εύρεση ενεργειακού ελαχίστου µε ελάττωση της θερµοκρασίας κατά την προσοµοίωση Monte Carlo ή MD 42

Αποκοπή µη-δεσµικών αλληλεπιδράσεων 43

Πληροφορίες από τη Μ Ολική Ενέργεια ( υναµική και Κινητική) Θερµοκρασία ίεδρες γωνίες Ενδοµοριακές Αποστάσεις -1350-1400 -1450-1500 -1550-1600 0 0.01 0.03 0.04 0.05 0.07 0.08 0.09 0.1 0.12 0.13 0.14 0.16 0.17 0.18 0.2 Ενέργεια (kcal) Χρόνος (ps) 44

45