Introducción a la Dinámica Molecular Biofisicoquímica Introducción a la Dinámica Molecular Dr. Eduardo Prieto edprieto@quimica.unlp.edu.ar Dr. Ariel Alvarez aariel@iflysib.unlp.edu.ar Instituto de Ciencias de la Salud Universidad Nacional Arturo Jauretche Av. Lope de Vega 106, Florencio Varela – Buenos Aires – Argentina

¿Qué 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.

Las Interacciones en Dinámica Molecular V(r)= Venlaces(r) + Vángulos(r) + Vdihedros(r) + Vno-enlazantes(r) Vno-enlazantes(r) = VCoulomb(r) + VLJ(r) http://www.ch.embnet.org/MD_tutorial/pages/MD.Part2.html http://csb.stanford.edu/levitt/sample/Slide11.jpg Imágenes 3

Para describir las interacciones, además de los Potenciales, necesitamos información sobre las partículas que interactúan: Carga Masa Parámetros de los Potenciales Campos de Fuerza

El Campo de Fuerzas Un campo de fuerzas usualmente consta de tres partes: Un grupo de funciones (los potenciales). Parámetros para esos potenciales, que, usualmente, dependen del tipo de átomo. Un grupo definido de “bloques” (moléculas, monómeros, etc. – p.ej. aminoácidos). Los campos de fuerza son “efectivos”.

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 primera pregunta es ¿Cuál 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).

Gráficamente…

¿Qué podemos estudiar por DM? Propiedades de sólidos y líquidos  TP. Propiedades de pequeñas moléculas en solución.

Agregación de solutos no-polares en agua Efecto Hidrofóbico

Agregación de Anfifilos (SDS)

¿Qué podemos estudiar por DM? Propiedades de sólidos y líquidos  TP. Propiedades de pequeñas moléculas en solución. Estabilidad de Biomacromoléculas, incluso en condiciones extremas, difíciles de alcanzar experimentalmente (Temperatura, presión, solventes). Estudios cinéticos y búsqueda de mecanismos moleculares.

Estabilidad de proteínas bajo presión Apo-Mioglobina 1 bar 3 kbar

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!

Ahora… la “Película”

Esquema de una Dinámica Molecular A) Datos de Entrada Coordenadas Iniciales Topología de las moléculas Condiciones de la Simulación B) Procesamiento Digital (Simulación propiamente dicha) C) Datos de Salida Coordenadas: cuadros fijos y/o trayectorias Energías: Energías de interacción, Temp., Presión, Vol., etc.

100K

100K

100K Densidad

273K

273K

273K Densidad

320K

320K

320K Densidad

Water 273K

Water 273K

Water 273K Densidad

Radial Distribution Function g(r) 0K

Radial Distribution Function g(r) 100K

Radial Distribution Function g(r) 273K

Radial Distribution Function g(r) 320K

Radial Distribution Function g(r) W-273K