E8: Расчет парциальных зарядов и валентных взаимодействий для конструирования механических моделей

Ведущий: к.ф.-м.н. А.М. Нестеренко (НИИФХБ им. А.Н.Белозерского МГУ)

Аннотация

Проблема построения молекулярно-динамической модели для соединения de novo встает перед всяким исследователем, который намеревается провести молекулярно-динамическое исследование нового, ранее не моделировавшегося, соединения. Приходится создавать силовое поле, обосновывать методы его создания и следить за тем, чтобы новое силовое поле не входило в конфликт со старым. Главными параметрами, определение которых влияет на конформационную динамику молекулы, являются потенциал двугранных углов, парциальные заряды и параметры Леннард-Джонсовских взаимодействий.

На первом этапе мастер-класса мы соберем молекулу и оптимизируем ее геометрию с удобоваримым базисом на удобоваримом уровне теории. Затем мы рассчитаем парциальные заряды методом аппроксимации электростатического потенциала точечными зарядами. Близлежащий потенциал вычисляется на поверхности Конноли или CHELPG (виды «обкатки»). После этого мы соберем пробную топологию, где будут парциальные заряды и валентные взаимодействия, и параметры Леннард-Джонса, но не будет какого-то одного торсионного угла. Назовем эту топологию «недоделанной». Профиль энергии при вращении вокруг этого, пока еще неизвестного, угла мы снимем двумя способами в ab initio и в молекулярно-механическом приближении по «недоделанной» топологии. Полученная разница и будет записана нами в окончательное силовое поле.

Программа

• Вводная лекция (40 мин.)
• Оптимизация геометрии ab initio в Firefly (30 мин)
• Расчет парциальных зарядов RESP, визуализация (30 мин.)
• Снятие профиля релаксированной энергии при вращении вокруг торсионного угла (30 мин)
• Снятие аналогичного профиля для молекулярно-механической модели (30 мин)

Необходимые навыки

Рекомендуется посещение мастер-класса по PyMOL. При себе необходимо иметь ноутбук с *nix-подобной ОС. Обязательно заранее должны быть предустановлены следующие программы: MDAnalysis, openbabel, openssh-server (для запуска Firefly на себе), PyMOL, gabedit. Должна быть программа для рисования графиков — здесь не будет ничего сложного, подойдет и OpenOffice.calc.

Для пользователей с Windows: использование Windows не рекомендовано. Однако, если такие желающие будут, для них будут созданы аккаунты на нашем лабораторном nix*-сервере, и вы будете запускать программы удаленно через ssh-клиент. Вам необходимо иметь на локальной машине Putty, WinScp, PyMOL, gabedit и программу для рисования графиков (подойдет и Excel).