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

¿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” 2

¿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). 3

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 4

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) 5

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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! 7

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Esquema de una Dinámica Molecular A) Datos de Entrada Coordenadas Iniciales (.gro) Topología de las moléculas (.top) 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 Salida Coordenadas: cuadros fijos y/o trayectorias (.trr, .xtc y .gro) 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.

100K 10

100K 13/03/11 11

100K Densidad 13/03/11 12

273K 13

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273K Densidad 13/03/11 15

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320K Densidad 13/03/11 18

Water 273K 19

Water 273K 13/03/11 20

Water 273K Densidad 13/03/11 21

Radial Distribution Function g(r) 0K

Radial Distribution Function g(r) 100K 13/03/11

Radial Distribution Function g(r) 273K 13/03/11

Radial Distribution Function g(r) 320K 13/03/11

Radial Distribution Function g(r) W-273K 13/03/11