Clase # 2: Campo de Fuerza Prof. Ramón Garduño Juárez Modelado Molecular Diseño de Fármacos

¿Necesitamos un campo de fuerza? El Campo de Fuerza y la Superficie de Energía Potencial. Cambios en la energía de un sistema pueden ser considerados como movimientos sobre una superficie multidimensional llamada la “superficie de energía”. Fuerza es la primera derivada de la energía. En la mecánica molecular la dimensión de la superficie de potencial es 3N, N es el número de partículas. La probabilidad de que un sistema molecular permanezca en ciertas conformaciones pueden ser calculados si el potencial subyacente es conocido.

Tres tipos de Campo de Fuerza Mecánica Cuántica (Ecuación de Schrodinger para electrones), se aplica a sistemas con menos de 100 átomos. Campo de Fuerza Empírico: mecánica molecular (para átomos), puede ser usado para sistemas hasta millones de átomos. Potencial Estadístico (flexible), sin restricción. Otro factor es cuantas conformaciones necesitan ser evaluadas.

Campo de Fuerza mecánico molecular El potencial es la sumatoria de los siguientes términos: Estiramiento de enlace, Curvatura de ángulo, Rotación angular (torsión), Interacciones no enlazantes Interacciones de van der Waals, Interacciones electrostáticas. (Puentes de hidrógeno). (Disolvente implícito). …

Figuras tomada del NIH guide of molecular modeling

Términos no enlazantes

Términos Cruzados E.g. Un ángulo de unión se reduce se encuentra que las uniones adyacentes se estiran para reducir la interacción entre los átomos 1 y 3. Estiramiento-estiramiento, estiramiento-doblez, estiramiento-torsión, … Doblez-doblez-torsión, … 3 1 2

Características generales Formas y parámetros: correlacionados pero pueden tener algunas características generales independientes. Reproducen ciertas propiedades estructurales. Pueden ser usados para calcular espectros, aunque no muy precisos. Transferibles: pueden ser usados para modelar un grupo de moléculas relacionadas. Empíricos: no existe una forma “correcta”, a menudo se necesita considerar tanto precisión y eficiencia. Tipos de átomos : ambiente local e hibridación.

Parametrización del Campo de Fuerza Generalmente contiene una gran cantidad de parámetros. La tarea es difícil y consume muchos recursos. Los resultados son sensitivos a los términos no enlazantes y de tensión. “Prueba y error” son usados para corresponder los resultados experimentales y los cálculos químico cuánticos de las energías relativas de conformaciones diferentes.

Aplicaciones 1: Dinámica Molecular F=ma F es calculado a partir del potencial mecánico molecular. Modela cambios conformacionales. Calcula propiedades tiempo-dependiente (propiedades de transporte).

Aplicaciones 2 resolviendo estructuras de proteínas En el refinamiento de cristalografía de rayos-X, encontrar la conformación de mínima energía. Refinamiento de Dinámica Molecular con datos de RMN.