M
od
e
la
çã
o
d
e
B
io
m
ol
é
cu
la
s
Pa
ul
o
M
ar
te
l
U ni ve rs id ad e d o A lg ar ve , 2 0 10O
q
ue
é
?
•
R
e
pr
e
se
nt
aç
ão
i
d
e
al
iz
ad
a
d
e
s
is
te
m
as
m
ol
e
cu
la
re
s
co
m
o
f
im
d
e
e
x
pl
ic
ar
e
p
re
ve
r
as
s
ua
s
pr
op
ri
e
d
ad
e
s
fí
si
co
-q
uí
m
ic
as
•
C
on
st
ru
çã
o,
a
ná
li
se
e
s
im
ul
aç
ão
d
e
m
od
e
lo
s
co
m
pu
ta
ci
on
ai
s
d
e
m
ol
é
cu
la
s
Pa
ra
q
ue
s
e
rv
e
?
• C ál cu lo d e g e om et ri a m ol e cu la r • V is ua li za çã o d e p ro pr ie d ad e s m ol e cu la re s • E ne rg é ti ca m ol e cu la r • A ná li se e p e sq ui sa c on fo rm ac io na l • Pr e vi sã o d a r e ac ti vi d ad e • D in âm ic a m ol e cu la r • E st ud o d e p ro pr ie d ad e s i na ce ss ív e is à e x pe ri m e nt aç ão ( ex : d in âm ic a d e p ro te ín as à e sc al a d o pi co ss eg un d o ) • Pr e vi sã o d e n ov as p ro pr ie d ad e s m ol e cu la re s ( e st ud o d o e fe it o d e m ut aç õe s) • Pr e vi sã o d a i nt e ra cç ão e nt re m ol é cu la s ( d oc ki ng ) • Pr e vi sã o d a e st ru tu ra t ri d im e ns io na l d e p ro te ín as ( fo ld in g )C
om
o
se
f
az
?
R es u lt a d o s ex p er im en ta is T eo ri a s e M o d e lo s M o d el o s n o v o s o u m e lh o ra d o s P re v is õ es N o v o s re su lt a d o s A m od e la çã o b io m ol e cu la r b as e ia -s e n or m al m e nt e e m : • In fo rm aç ão e st ru tu ra l • C ri st al og ra fi a d e r ai os X • N M R ( re ss on ân ci a m ag né ti ca nu cl e ar ) • M é to d os e sp e ct ro sc óp ic os • M od e lo s fí si co s • B as e s d e d ad os d e s e qu ê nc ia s (g e no m as )M
od
e
lo
s
•
R
e
pr
e
se
nt
aç
ão
s
im
pl
if
ic
ad
a
d
a
re
al
id
ad
e
•
V
ir
tu
al
iz
aç
ão
•
C
ap
ac
id
ad
e
d
e
p
re
vi
sã
o
•
A
na
lo
gi
as
f
ís
ic
as
H
is
tó
ri
a
• A m od e la çã o m ol e cu la r t or no u-se p os sí ve l a tr av é s d o d e se nv ol vi m e nt o d as t é cn ic as d e d e te rm in aç ão d a e st ru tu ra m ol e cu la r, p ar ti cu la rm e nt e a c ri st al og ra fi a d e r ai os X , a pa rt ir d o i ní ci o d o s e c. X X • A m e câ ni ca q uâ nt ic a tr ou x e u m a d e sc ri çã o m at e m át ic a d e át om os e m ol é cu la s c ap az d e d e sc re ve r c om g ra nd e r ig or a s pr op ri e d ad e s d e s is te m as p e qu e no s e f or ne ce o e nq ua d ra m e nt o te ór ic o p ar a a t e or ia d a l ig aç ão q uí m ic a e e st ru tu ra e le ct ró ni ca • D e se nv ol vi m e nt o d os m ét od os d e s im ul aç ão ci rc a 19 5 0 c om a co ns tr uç ão d os p ri m e ir os c om pu ta d or e s d ig it ai s • A té m e ad os d os a no s 6 0 d o s é c. X X a v is ua li za çã o e ra f e it a a us an d o m od el os f ís ic os d e m ol é cu la s ( D re id in g, C PK ). A p ar ti r d e st a a lt ur a o d e se nv ol vi m e nt o d o g ra fi sm o c om pu ta ci on al pa ss a a p e rm it ir o b se rv ar a s m ol é cu la s d ir e ct am e nt e n o é cr an d o c om pu ta d orM
od
e
lo
s
fí
si
co
s
M
od
e
lo
s
d
e
D
re
id
in
g
M
od
e
lo
s
C
PK
(
C
or
e
y
&
P
au
li
ng
)
M
od
e
lo
s
vi
rt
ua
is
• O p ri m e ir o s is te m a p ar a a r e pr e se nt aç ão i nt e ra ct iv a d e gr áf ic os m ol e cu la re s f oi d e se nv ol vi d o n os a no s 6 0 , n o M IT • O s a ut or e s d e sc re ve m o s is te m a c om o um s of tw ar e p ar a “m od e l b ui ld in g”L e vi nt h al (1 9 6 6 ) S ci .A m e r. 2 14 (6 ):4 2 -5 2
M
od
e
lo
s
vi
rt
ua
is
S up e rf íc ie m ol e cu la r d e um a p ro te ín a R e pr e se nt aç ão e sq ue m át ic a d a e st ru tu ra s e cu nd ár iaM
od
os
d
e
r
e
pr
e
se
nt
aç
ão
S
of
tw
ar
e
p
ar
a
vi
su
al
iz
aç
ão
•
Py
M
O
L
•
C
h
e
m
O
ff
ic
e
•
W
e
b
la
b
vi
e
w
e
r
•
S
w
is
s
Pd
b
vi
e
w
•
e
tc
...
H
yp
e
rc
h
e
m
• C om e rc ia l • V is ua li za çã o • C on st ru çã o d e m ol é cu la s • C ál cu lo s qu ân ti co s: ab in it io se m i-e m pí ri co s • M e câ ni ca m ol e cu la r • W in d ow sw
w
w
.h
yp
e
r.
co
m
• G ra tu it o • Py th on / C • V is ua li za çã o d e m ac ro m ol é cu la s • A ni m aç õe s m ol e cu la re s • S cr ip ti ng • W in d ow s / L in ux
w
w
w
.p
ym
ol
.o
rg
Py
M
O
L
N
ív
e
is
d
e
a
pr
ox
im
aç
ão
• A b i ni ti o : so lu çã o d a e qu aç ão d e S ch rö d in ge r pa ra o s is te m a m ol e cu la r, d e te rm in aç ão d a d e ns id ad e e le ct ró ni ca e d os ní ve is d e e ne rg ia d o s is te m a • S em i-em pí ri co : so lu çã o d a e qu aç ão d e S ch rö d in ge r co m re cu rs o a a pr ox im aç õe s q ue p os si b il it am o t ra ta m e nt o d e si st e m as c om m ai or n úm e ro d e á to m os . • M ec ân ic a m ol ec ul ar : a e ne rg é ti ca d o s is te m a é d e sc ri ta p or um ca m po d e f or ça s ut il iz an d o o f or m al is m o d a fí si ca cl ás si ca , c uj os p ar âm e tr os s ão o b ti d os a tr av é s d e u m a m is tu ra d e c ál cu lo s q uâ nt ic os e a ju st e a r e su lt ad os e x pe ri m e nt ai s – m e câ ni ca e d in âm ic a m ol e cu la r. U ti li za nd o pa ra s is te m as c om u m e le va d o n úm e ro d e á to m os , c om o a s m ac ro m ol é cu la s b io ló gi ca s.A
pr
ox
im
aç
ão
d
e
B
or
n-O
pp
e
nh
e
im
e
r:
a
e
ne
rg
ia
d
e
um
s
is
te
m
a
m
ol
e
cu
la
r
po
d
e
s
e
r
e
sc
ri
ta
c
om
o
fu
nç
ão
e
x
cl
us
iv
a
d
a
po
si
çã
o
d
os
n
úc
le
os
a
tó
m
ic
os
C
ál
cu
lo
s
ab
in
it
io
ψ
ψ
H
E
=
A s ol uç ão d a e qu aç ão d e S ch ro d in ge r pe rm it e a d e sc ri çã o co m pl e ta d o si st e m a m ol e cu la r. N ív e is d e e ne rg ia E 1 , E 2 , . .., E n , e c or re sp on d e nt e s f un çõ e s d e on d a Ψ 1 , Ψ 2 , . .., Ψ n A d e ns id ad e e le ct ró ni ca é ob ti d a a p ar ti r d a f un çã o d e o nd a. L im it aç õe s: a s ol uç ão ex ac ta é ap e na s po ss ív e l p ar a át om os m on o-e le ct ró ni co s, e m e sm o co m a pr ox im aç õe s o c ál cu lo t or na -se i m pr at ic áv e l p ar a si st e m as c om m ai s d o q ue u m a c e nt e na d e át om os . H am il to ni an o E ne rg ia F un çã o d e on d aD e ns id ad e e le ct ró ni ca to ta l d a m or fi na C am po e le ct ro st át ic o d o fu ra no
C
ál
cu
lo
s
ab
in
it
io
Pe rm it e m o c ál cu lo d e p ro pr ie d ad e s c om o a d en si d ad e e le ct ró ni ca to ta l ou o ca m po e le ct ro st át ic o m ol ec ul ar , va li os as n a p re vi sã o d a re ac ti vi d ad e d as m ol é cu la s.E
x
:
Á
ci
d
o
ac
é
ti
co
Po te nc ia l e le ct ro st át ic o d o ác id o ac é ti co Po te nc ia l e le ct ro st át ic o na s up e rf íc ie m ol e cu la r O rb it ai s m ol ec ul ar e s O s c ál cu lo s a b i ni ti o pe rm it e m o cá lc ul o r ig or os o d a e st ru tu ra e le ct ró ni ca d e m ol é cu la s p e qu e na s co m po st as d e á to m os l e ve s.C
ál
cu
lo
s
ab
in
it
io
A ná li se c on fo rm ac io na l: c ál cu lo d a e ne rg ia d e u m a m ol é cu la e m fu nç ão d a s ua c on fo rm aç ão . E ne rg ia d a m ol é cu la d e m e ta no l e m f un çã o d o se u ân gu lo i nt e rn o d e r ot aç ãoC
ál
cu
lo
d
e
c
ar
ga
s
pa
rc
ia
is
p
or
m
é
to
d
os
ab
i
ni
ti
o
C oo rd e na d as at óm ic as D e ns id ad e e le ct ró ni ca C ar ga s pa rc ia is at óm ic asM
e
câ
ni
ca
m
ol
e
cu
la
r
•O s is te m a m ol e cu la r é d e sc ri to p or u m a f un çã o d e si gn ad a ca m po d e f or ça s , q ue r e pr e se nt a a e ne rg ia d o s is te m a c om o fu nç ão d a p os iç ão d os á to m os . •O s át om os s ão d e sc ri to s co m o p on to s co m u m a d e te rm in ad a ca rg a ( ca rg as p on tu ai s) e m as sa . •A s l ig aç õe s c ov al e nt e s s ão t ra ta d as c om o “m ol as ”, c om u m a co ns ta nt e d e f or ça q ue d e pe nd e d os á to m os l ig ad os •A s l ig aç õe s nã o-co va le nt e po d e m s e r e le ct ro st át ic as (i nt e ra cç õe s e nt re c ar ga s p on tu ai s) , o u f or ça s d e v an d e r W aa ls (t e rm os d e L e nn ar d -J on e s) • S ão u sa d os t e rm os a d ic io na is p ar a f ix ar o s v al or e s d os â ng ul os d e l ig aç ão O s p ar âm e tr os p ar a o s v ár io s t e rm os d o c am po d e f or ça s s ão ob ti d os a tr áv e s d e u m a m is tu ra d e c ál cu lo s a b i ni ti o e d ad os e x pe ri m e nt ai s ( pr in ci pa lm e nt e m e d id as e sp e ct ro sc óp ic as )C
am
po
d
e
f
or
ça
s
S
of
tw
ar
e
s
e
f
or
ce
fi
e
ld
s
S of tw ar es p ar a m ec ân ic a m ol e cu la r: • G ro m os • G ro m ac s • A m b er • C h ar m m • T in ker • D is co ver • H yp er ch em C am po s d e fo rç as u sa d os em s im ul aç ão b io m ol e cu la r: • G ro m os 9 6 • O PL S -1 • A m b er • C H A R m m • M M +[
]
terms Special ) S( 4 ) , ( ) , ( cos( 1 2 1 ) ( 2 1 ) ( 2 1 ) ( 2 1 ) 0 6 6 12 12 1 2 0 1 2 0 1 2 0 1V(
+ ⋅ + − + − + + − + − + − =∑
∑
∑
∑
∑
= = = = < ij at N j i ij r j i ij ij n n n n N n n n n N n n n N n n n n n b b N n r r q q r j i C r j i C m K K K b b K,...,
ε πε δ φ ξ ξ θ θ φ φ ξ ξ θ θ at N 1r
r
v a n G u n s te re n , W . F ., B ill e te r, S . R ., E is in g , A . A ., H u n e n b e rg e r, P . H ., K ru g e r, P ., M a rk , A . E ., S c o tt , W . R . P . & T ir o n i, I . G . (1 9 9 6 ). B io m o le c u la r s im u la ti o n : T h e G R O M O S 9 6 m a n u a l a n d u s e r g u id e . B IO M O S b .v ., Z u ri c h , G ro n in g e r. ; v a n G u n s te re n , W . F . & B e re n d s e n , H . J . C . (1 9 8 7 ). G ro n in g e n m o le c u la r s im u la ti o n ( G R O M O S ) lib ra ry m a n u a l. B io m o s B .V , N ije n b o rg h 1 6 , 9 7 4 7 . A G G ro n in g e n , T h e N e th e rl a n d s .C
am
po
d
e
f
or
ça
s
G
ro
m
os
Po
te
nc
ia
l
d
e
l
ig
a
çã
o
2
0
1
)
(
2
1
n
n
nb
b
N
n
b
b
K
−
∑
=
D is tâ nc ia in ter -a tó m ic a Ener gia pot enci al b0n =E qu il ib ri um d is ta nc e Po te nc ia l h a rm ón ic o Pote nc ia l d e li ga çã o “e x pe ri m e nt a l”N
ão
é
pe
rm
it
id
a
d
is
so
ci
aç
ão
d
as
l
ig
aç
õe
s!
2
0
1
)
(
2
1
n
n
N
n
n
K
θ
θ
θ
θ
−
∑
=
θ
θ
θ 0n =E qu il ib ri um a ng leθ
θ
Po
te
nc
ia
l
d
e
â
ng
ul
os
d
e
l
ig
a
çã
o
D
ie
d
ro
s
im
pr
óp
ri
os
2
0
1
)
(
2
1
n
n
n
N
n
K
ξ
ξ
ξ
ξ
−
∑
=
M an ut en çã o d o ân gu lo en tr e E -D e o pl an o A -B-EA
B
C
D
E
A B C D M an ter os 4 á tm os A ,B, C ,D no m es m o pl an oξ
ξ Cen tro sq uir ais Cen tro sp lan are s ξ ξ0n = Â ng ul o d e e qu íl ib ri o Ene rgi aD ih e d ra l a n g le En erg y 1
1
1
c
o
s(
)
2
N n n n n nK
m
φ φφ
δ
=
+
−
∑
m n -m ul ti pl ic id ad e ; δ n -fa se 0 3 6 0 A B C Dφ
6 0E
ta
no
Po
te
nc
ia
is
d
e
â
ng
ul
os
d
ie
d
ro
s
O s pa râ m e tr os d e st e s po te nc ia is s ão no rm al m e nt e o b ti d os a pa rt ir d e c ál cu lo s qu ân ti co s ab in it io∑
<
−
at N j i ij ijr
j
i
C
r
j
i
C
6 6 12 12)
,
(
)
,
(
Distâ n ci a d e eq u il íb ri o D is tâ n ci a En erg ia C 12 -R ep ul si vo • I m ped e co li sõ es E qu aç ão d e L e nn ar d -J on e s:I
nt
e
ra
cç
õe
s
“n
on
-b
on
d
e
d
”:
po
te
nc
ia
l
d
e
v
a
n
d
e
r
W
a
a
ls
C 6 -A tr ac ti vo • F or ça s d is per si va sI
nt
e
ra
cç
õe
s
“n
on
-b
on
d
e
d
”:
po
te
nc
ia
l
e
le
ct
ro
st
á
ti
co
-+
+
+
-∑
<
at N j i ij r j ir
q
q
ε
πε
04
Po d e se r d e sc ri to pe la e qu aç ão d e C ou lo m b : C ol oc am -s e c ar ga s po nt ua is na s po si çõ e s at óm ic as A i nt e ra cç ão e nt re á to m os li ga d os nã o é co ns id e ra d a (e x cl us ão ) A s ca rg as po nt ua is sã o ge ra lm e nt e ob ti d as po r m e io d e c ál cu lo s qu ân ti co sPo si çõ e s a tó m ic a s (f ic h ei ro d e co or d en ad as ) Pr op ri e d a d e s a tó m ic a s (f ic h ei ro d e to po lo gi a) Pa râ m e tr os d e s im ul a çã o (f ic h ei ro d e in pu t ) S im ul a çã o R e su lt a d os T op ol og ia : d e pe nd e d o ca m po d e f or ça s (f or ce fi e ld ) us ad o S im ul aç ão : p od e s e r f e it a c om d if e re nt e s a pl ic a çõ e s d e s of tw a re
Pr
oc
e
d
im
e
nt
o
T
op
ol
og
ia
d
a
b
e
nz
am
id
a
no
f
or
m
at
o
G
ro
m
ac
s
[ m o l e c u l e t y p e ] ; N a m e n r e x c l B e n z 3 [ a t o m s ] ; n r t y p e r e s n r r e s i d u a t o m c g n r c h a r g e m a s s 1 C B 1 B E N C 1 1 0 ; q t o t : 0 2 C R 6 1 B E N C 2 2 -0 . 1 4 ; q t o t : -0 . 1 4 3 H C R 1 B E N H 2 2 0 . 1 4 ; q t o t : 0 4 C R 6 1 B E N C 3 3 -0 . 1 4 ; q t o t : -0 . 1 4 5 H C R 1 B E N H 3 3 0 . 1 4 ; q t o t : 0 6 C R 6 1 B E N C 4 4 -0 . 1 4 ; q t o t : -0 . 1 4 7 H C R 1 B E N H 4 4 0 . 1 4 ; q t o t : 0 8 C R 6 1 B E N C 5 5 -0 . 1 4 ; q t o t : -0 . 1 4 9 H C R 1 B E N H 5 5 0 . 1 4 ; q t o t : 0 1 0 C R 6 1 B E N C 6 6 -0 . 1 4 ; q t o t : -0 . 1 4 1 1 H C R 1 B E N H 6 6 0 . 1 4 ; q t o t : 0 1 2 C 1 B E N C 7 7 0 . 5 6 ; q t o t : 0 . 5 6 1 3 N Z 1 B E N N 1 7 -0 . 2 6 ; q t o t : 0 . 3 1 4 H 1 B E N H 1 1 7 0 . 2 4 ; q t o t : 0 . 5 4 1 5 H 1 B E N H 1 2 7 0 . 2 4 ; q t o t : 0 . 7 8 1 6 N Z 1 B E N N 2 7 -0 . 2 6 ; q t o t : 0 . 5 2 1 7 H 1 B E N H 2 1 7 0 . 2 4 ; q t o t : 0 . 7 6 1 8 H 1 B E N H 2 2 7 0 . 2 4 ; q t o t : 1 (c o n ti n u a )[ b o n d s ] ; a i a j f u n c t 1 2 1 1 1 0 1 1 1 2 1 2 3 1 2 4 1 4 5 1 4 6 1 6 7 1 6 8 1 8 9 1 8 1 0 1 1 0 1 1 1 1 2 1 3 1 1 2 1 6 1 1 3 1 4 1 1 3 1 5 1 1 6 1 7 1 1 6 1 8 1 (c o n ti n u a )
T
op
ol
og
ia
d
a
b
e
nz
am
id
a
no
f
or
m
at
o
G
ro
m
ac
s
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 11 1 2 1 6 1 7 1 3 1 4 1 5 1 8[ a n g l e s ] ; a i a j a k f u n c t 2 1 1 0 1 2 1 1 2 1 1 0 1 1 2 1 1 2 3 1 1 2 4 1 3 2 4 1 2 4 5 1 2 4 6 1 5 4 6 1 4 6 7 1 4 6 8 1 7 6 8 1 6 8 9 1 6 8 1 0 1 9 8 1 0 1 1 1 0 8 1 1 1 0 1 1 1 8 1 0 1 1 1 1 1 2 1 3 1 1 2 0 . 4 0 0 . 1 1 2 1 6 1 1 2 0 . 4 0 0 . 1 3 1 2 1 6 1 1 2 1 3 1 4 1 1 2 1 3 1 5 1 1 4 1 3 1 5 1 1 2 1 6 1 7 1 1 2 1 6 1 8 1 1 7 1 6 1 8 1
T
op
ol
og
ia
d
a
b
e
nz
am
id
a
no
f
or
m
at
o
G
ro
m
ac
s
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 11 1 2 1 6 1 7 1 3 1 4 1 5 1 8O
n
úm
e
ro
d
e
p
ar
âm
e
tr
os
d
o
ca
m
po
d
e
f
or
ça
s
cr
e
sc
e
ra
pi
d
am
e
nt
e
c
om
a
d
im
e
ns
ão
d
a
m
ol
é
cu
la
!
10 b on d t er m s+ 18 a ng le ter m s + 18 t or si on t em s + 2 7 no n-b on d t er m s 11 a to m s -> 7 3 p ar am et er s!E
sp
e
ci
fi
ci
d
ad
e
d
os
p
ar
âm
e
tr
os
d
o
ca
m
po
d
e
fo
rç
as
O s pa râ m e tr os d o ca m po d e f or ça s sã o e sp e cí fi co s pa ra ca d a ti po d e át om o (n ão é o m e sm o qu e e le m e nt o) e p ar a ca d a in te ra cç ão . •E x e m pl o: E x is te m vá ri os ti po s d e á to m os d e c ar b on o, d e pe nd o d o am b ie nt e qu ím ic o ci rc un d an te . P e p ti d e b o n d c a rb o n C a rb o n i n C a rb o x y l (A s p , G lu ) ββββ c a rb o n in S e r ββββ c a rb o n in V a l γγγγ c a rb o n in H is C h a rg e 0 .3 8 0 0 .2 7 0 0 .1 5 0 0 .0 0 0 -0 .0 5 0 C ar ga s pa rc ia is us ad as e m át om os d e c ar b on o d o ca m po d e f or ça s G R O M O S 8 7A
pl
ic
aç
õe
s
A a pr ox im aç ão c lá ss ic a d o c am po d e f or ça s t or na m ui to m ai s si m pl e s o c ál cu lo d a e ne rg ia d e u m s is te m a m ol e cu la r, p e rm it in d o tr ab al h ar c om m ac ro m ol é cu la s c om o p ro te ín as e á ci d os n uc le ic os A ná li se c on fo rm ac io na l: e st ud o d as c on fo rm aç õe s a ce ss ív e is a um a m ol é cu la e d a s ua s e ne rg ia s r e la ti va . D e te rm in aç ão d os m ín im os d e e ne rg ia e m f un çã o d a c on fo rm aç ão – m in im iz aç ão . C ál cu lo s d e m e câ ni ca m ol e cu la r. D in âm ic a m ol e cu la r: p e rm it e s e gu ir a e vo lu çã o te m po ra l d e u m si st e m a m ol e cu la r e m f un çã o d o te m po o u s ej a, a s c on fo rm aç õe s qu e e st e p od e a ss um ir a u m a d e te rm in a p re ss ão e t e m pe ra tu ra e m v ir tu d e d a a gi ta çã o m ol e cu la r. ( C ál cu lo d e f re qu ê nc ia s d e vi b ra çã o, t ra ns iç õe s co nf or m ac io na is , e tc ). M é to d o d e M on te C ar lo : t é cn ic a d e a m os tr ag e m q ue p e rm it e ca lc ul ar p ro pr ie d ad e s q ue d e pe nd e m d a t ot al id ad e d as co nf or m aç õe s e x pl or ad as p e lo s is te m a ( e ne rg ia s l iv re s, e tc ).A
e
ne
rg
ia
é
fu
nç
ão
d
as
p
os
iç
õe
s
at
óm
ic
as
V =1 8 6 .2 k ca l/ m ol V =-5 1. 7 k ca l/ m olA
B
A c on fo rm aç ão “ A ” d o ol ig op é pt id o te m u m a e ne rg ia m ai s a lt a q ue a “B ”, l og o s e rá m ai s i ns tá ve l. N ot a: o v al or d e e ne rg ia d e pe nd e d e c am po d e f or ça s u ti li za d oM
in
im
iz
aç
ão
d
a
e
ne
rg
ia
Pa rt in d o d e um a co nf or m aç ão in ic ia l, a ch ar um a co nf or m aç ão d e en er gi a m ín im a pa ra a m ol é cu la • M ov er o s át om os Bu sc a co nf or m ac io na l • C al cu la r a en er gi a C am po d e fo rç as • E nc on tr ar co nf or m aç ões d e en er gi a m ai s b ai x a M ín im os na h ip er su per fí ci e d e en er gi a po ten ci al In íci o M ín im o d e en er g ia “E sp aç o co n fo rm ac io n al ” En erg ia In íci o M ín im o d e en er g ia “E sp aç o co n fo rm ac io n al ” En erg iaM
in
im
iz
aç
ão
d
e
e
ne
rg
ia
Le u-G ly -T rp C on fo rm aç ão in ic ia l A pó s 5 0 0 pa ss os d e m in im iz aç ão -4 0 0 -3 5 0 -3 0 0 -2 5 0 -2 0 0 -1 5 0 -1 0 0 -5 0 0 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 E n e rg y m in im is a ti o n s te p En erg y ( kJ /m ol)C
on
st
ru
çã
o
d
e
e
st
ru
tu
ra
s
m
ol
e
cu
la
re
s
C on st ru íd a no é cr an A lg un s pa ss os d e m in im iz aç ão E st ru tu ra f in al A c on st ru çã o i nt e ra ct iv a d e p e qu e na s m ol é cu la s n o c om pu ta d or é ge ra lm e nt e a ux il ia d a p e la m in iz aç ão d e e ne rg ia , q ue c on d uz a u m a e st ru tu ra c or re ct a d o p on to d e v is ta d a g e om e tr ia m ol e cu la rO
p
ro
b
le
m
a
d
a
m
in
im
iz
aç
ão
In íc io M ín im o d e E n er g ia Gl o b al “E sp aç o co n fo rm ac io n al ” En erg ia M ín im o d e E n er g ia L o ca l In íc io M ín im o d e E n er g ia Gl o b al “E sp aç o co n fo rm ac io n al ” En erg ia M ín im o d e E n er g ia L o ca l A s up e rf íc ie d e e ne rg ia é m ui ta c om pl e x a. G ra nd e n úm e ro d e m ín im os lo ca is . É fá ci l fi ca r “e nc ra va d o” nu m m ín im o l oc al e f al h ar um a e st ru tu ra m ai s e st áv e l pa ra a m ol é cu laD
in
âm
ic
a
m
ol
e
cu
la
r
•
A s e qu aç õe s d o m ov im e nt o p ar a u m s is te m a d e p ar tí cu la s c om m as sa s m 1 ,.. .., m n su je it as a f or ça s F 1 ,.. .., F n po d e m s e r i nt e gr ad as po r m é to d os c om pu ta ci on ai s • A s ol uç ão o b ti d a é um a tr a je ct ór ia d o si st e m a d e p ar tí cu la s • Q ua nd o a s p ar tí cu la s s ão á to m os e a s f or ça s s ão c al cu la d as a pa rt ir d e u m c a m po d e f or ça s, p od e -s e c al cu la r a t ra je ct ór ia d o si st e m a m ol e cu la r • A s s im ul aç õe s d e M D p e rm it e m e x pl or ar o e sp aç o co nf or m ac io na l d as m ol é cu la s, e st ud ar a e vo lu çã o te m po ra l d o s is te m a e c al cu la r pr op ri e d ad e s d e pe nd e nt e s d a e nt ro pi a, c om o a s e ne rg ia s l iv re sD
in
âm
ic
a
m
ol
e
cu
la
r:
t
eo
ri
a
F
i=
m
ia
i=
m
id
2r
i(t
)
d
t
2d
2r
i(t
)
d
t
2=
F
im
i E qu at io ns d e N e w to nF
=
−
∇
V
(r
i,.
..
,r
n)
D e ri va çã o d a fo rç a a pa rt ir d o po te nc ia l:F
i=
−
∂
V
(r
i,.
..
,r
n)
∂
r
i b x x b b K x V F b b K b V b x x x b x b b V x V z z y y x x b b b K V x ) )( ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( 2 1 0 1 0 2 1 1 1 1 2 2 1 2 2 1 2 2 1 2 0 2 1 1 − − − = ∂ ∂ − = − = ∂ ∂ − = ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ = ∂ ∂ − + − + − = − = E x : F or ça a pa rt ir d o po te nc ia l d e l ig aç ão (x1 ,y1 ,z1 ) (x2 ,y2 ,z2 )E
x
.:
d
in
âm
ic
a
m
ol
e
cu
la
r
d
a
ki
ot
or
fi
na
(L
-t
yr
os
il
-L
-a
rg
in
in
a)
T e m po d e s im ul aç ão : 2 0 ps ( 1p s = 1 0 -1 2 s)E
x
.:
d
in
âm
ic
a
d
e
u
m
c
an
al
d
e
po
tá
ss
io
E
x
.:
d
in
âm
ic
a
d
e
u
m
e
st
e
ro
l
e
m
m
e
m
b
ra
na
li
pí
d
ic
a
In
cl
us
ão
d
o
m
e
io
aq
uo
so
• U m a si m ul aç ão re al is ta d os m ov im e nt os m ol e cu la re s d e u m a m ol é cu la d e p ro te ín a d e ve in co rp or ar o m ei o aq uo so e m qu e a pr ot e ín a se e nc on tr a im e rs a. C on d iç õe s fr on te ir a pe ri ód ic a s A m ol é cu la é co lo ca d a nu m a ca ix a co m á gu a, co nt e nd o m il h ar e s d e m ol é cu la s d e H 2 OÁ gu a: 0 -2 0 ps (1 ps = 1 0 -1 2 s)
D
in
âm
ic
a
d
o
m
e
io
aq
uo
so
Im
po
rt
ân
ci
a
d
a
so
lv
at
aç
ão
T ri pé pt id o A la -A la -A la N e st e ca so a d in âm ic a m ol ec ul ar d o tr ip é pt id o A A A é si m ul ad a e m vá cu o, e a m ol é cu la ac ab a po r fi ca r “e nc ra va d a” nu m a co nf or m aç ão e m qu e as c ar ga s te rm in ai s (-N H 3 + e -C O O - ) ) se e nc on tr am m ui to pr óx im as A us ê nc ia d a b li nd a ge m d o m e io a qu os o!Im
po
rt
ân
ci
a
d
a
so
lv
at
aç
ão
T ri pé pt id o A la -A la -A la C om o s gr up os t e rm in ai s na s ua f or m a ne ut ra ( -N H 2 e -C O O H ) o tr ip é pt id o m an té m u m a es tr ut ur a m ai s fl e x ív e l e m ai s ab e rt aIn
te
ra
çã
o
d
a
ág
ua
co
m
u
m
át
om
o
d
e
x
e
no
n
N e st a si m ul aç ão d e 5 p s d a d in âm ic a d a ág ua e m t or no d e u m á to m o d e x e no n é po ss ív e l ob se rv ar o a rr an jo c ar ac te rí st ic o d e l ig aç õe s d e h id ro gé ni o d a ág ua s ob re u m a su pe rf íc ie h id ro fó b ic a D . P as ch ek , J . C h em . P h ys . 1 2 0 :1 0 6 0 5 -1 0 6 17 ( 2 0 0 4 )M
D
d
e
u
m
s
e
gm
e
nt
o
d
e
D
N
A
+c
at
iõ
e
s
•O s is te m a m ol e cu la re s te m u m e le va d o nú m e ro d e p ar tí cu la s •N ão h á so lu çã o an al ít ic a pa ra a re so lu çã o d o si st e m a d e e qu aç õe s d e m ov im en to , te m d e s e r re so lv id o po r m é to d os nu m é ri co s ap ro x im ad os . •A i nt eg ra çã o fa z-se c om u m st ep ∆t m ui to pe qu e no , tí pi ca m e nt e 0 .0 0 0 5 ps a 0 .0 0 2 ps ( 1p s= 10 -1 2 s) •1 0 0 p s co rr e sp on d e m a 5 0 0 0 0 s te ps d e i nt e gr aç ão pa ra to d as as p ar tí cu la s d o si st e m a! • C om o h ar d w ar e ac tu al c on se gu e m si m ul ar -s e i nt e rv al os d e 1 -1 0 0 ns d a d in âm ic a d e u m a pr ot e ín a (> 10 0 ns p ar a pe qu e no s pé pt id os ) -o re co rd é 1 µs ( 10 0 0 ns ) In ac e ss ív e is , m as n ão po r m ui to t em po ...
