Расчет свободной энергии с помощью молекулярной динамики

Содержание

Слайд 2

Свободная энергия?

Свободная энергия?

Слайд 3

Свободная энергия Гиббса

 

 

Свободная энергия Гиббса

Слайд 4

Свободная энергия Гиббса

 

Свободная энергия Гиббса

Слайд 5

Предсказательная сила

Может указать состояние, к которому придёт система рано или поздно.
Предсказать вероятность

Предсказательная сила Может указать состояние, к которому придёт система рано или поздно.
нахождения интересующего состояния
растворима ли молекула,
свяжутся ли молекулы и т.д.

 

Слайд 6

Вероятность найти систему в состоянии i

 

 

Вероятность найти систему в состоянии i

Слайд 7

Как посчитать?

 

Средняя потенциальная энергия!

Как посчитать? Средняя потенциальная энергия!

Слайд 8

Растворение

растворитель

растворённая
молекула

молекула

 

 

1)

2)

ансамбль 1

ансамбль 2

Выполнить моделирование для состояния 1, а затем пересчитать энергию для

Растворение растворитель растворённая молекула молекула 1) 2) ансамбль 1 ансамбль 2 Выполнить
полученной траектории mdrun -rerun traj.trr с параметрами состояния 2.
Запустить также моделирование состояния 1 с топологией системы 2. И получить разницу потенциальных энергий.

Слайд 9

Метод Видома

 

Пример: внедряется частица: Ne
в раствор C8E6 в воде.

Widom, B. "Potential-distribution theory and

Метод Видома Пример: внедряется частица: Ne в раствор C8E6 в воде. Widom,
the statistical mechanics of fluids." JPC 86.6 (1982): 869-872.
Paschek, D. et. al. // Heat capacities: liquids, solutions and vapours. – 2010.

Частица внедряется виртуально! (очень быстро считается)

(пример для малых молекул)

Слайд 10

Растворение большой молекулы

растворитель

растворённая
молекула

молекула

 

 

1)

2)

ансамбль 1

ансамбль 2

Растворение большой молекулы растворитель растворённая молекула молекула 1) 2) ансамбль 1 ансамбль 2

Слайд 11

Перекрывание фазовых пространств

 

 

 

 

 

 

 

 

Pohorille, A., Jarzynski, C., Chipot, C. (2010). Good practices in

Перекрывание фазовых пространств Pohorille, A., Jarzynski, C., Chipot, C. (2010). Good practices
free-energy calculations. The Journal of Physical Chemistry B, 114(32), 10235-10253.

Расчёт не валиден

Слайд 12

Перекрывание фазовых пространств

(подбирать одежду в отделе с другими размерами)

Перекрывание фазовых пространств (подбирать одежду в отделе с другими размерами)

Слайд 13

Перекрывание фазовых пространств

Чтобы понять другого человека, нужно быть им!

Перекрывание фазовых пространств Чтобы понять другого человека, нужно быть им!

Слайд 14

Растворение большой молекулы

Что делать?

Растворение большой молекулы Что делать?

Слайд 15

Растворение большой молекулы

A

B


G – функция состояния, не зависит от выбранного пути

Растворение большой молекулы A B … G – функция состояния, не зависит от выбранного пути

Слайд 16

Алхимические превращения

Работает хорошо, но не с потенциалами, обладающими сингулярностями: Леннард-Джонс, Кулон

Алхимические превращения Работает хорошо, но не с потенциалами, обладающими сингулярностями: Леннард-Джонс, Кулон

Слайд 17

Мягкое ядро (soft core)

вместо линейного приближения используют:

Мягкое ядро (soft core) вместо линейного приближения используют:

Слайд 18

На практике

 

На практике

Слайд 19

 

Отключение Кулона и Леннард-Джонса:

Отключение Кулона и Леннард-Джонса:

Слайд 21

Перекрывание распределений

Перекрывание распределений

Слайд 22

Или суммировать с весами?

MBAR (Multistate Bennett Acceptance Ratio)*
Минимизирует погрешность, подбирая весовые функции
Реализован

Или суммировать с весами? MBAR (Multistate Bennett Acceptance Ratio)* Минимизирует погрешность, подбирая
в пакете GROMACS

* M.R Shirts, J.D. Chodera // J. Chem. Phys. 2008, 129, 129105

Слайд 23

Свободная энергия растворения C8E6

1 solute molecule

Свободная энергия растворения C8E6 1 solute molecule

Слайд 24

Растворение нескольких молекул

Растворение нескольких молекул

Слайд 25

Термодинамический цикл

 

Термодинамический цикл

Слайд 26

Свободная энергия гидрофобного взаимодействия

 

 

Свободная энергия гидрофобного взаимодействия

Слайд 27

Umbrella sampling



Umbrella sampling … …

Слайд 28

Потенциал средней силы

Глицирризиновая кислота

Потенциал средней силы Глицирризиновая кислота

Слайд 30

Нифедипин

Нифедипин

Слайд 32

Сходимость PMF

Сходимость PMF

Слайд 33

Литература

Berk Hess. Free energy calculations. GROMACS workshop 2007, slides
G. Pieffet, Alan E.

Литература Berk Hess. Free energy calculations. GROMACS workshop 2007, slides G. Pieffet,
Mark. Introduction to free energy calculation methods. Url
Justin A. Lemkul. Simple free energy calculations. (D. Mobley tutorial using BAR for methane). Url
Sander Pronk. Tutorial for calculating a free energy of solvation of ethanol. pdf

Слайд 34

Литература

Pohorille, A., Jarzynski, C., Chipot, C. (2010). Good practices in free-energy calculations.

Литература Pohorille, A., Jarzynski, C., Chipot, C. (2010). Good practices in free-energy
The Journal of Physical Chemistry B, 114(32), 10235-10253.
Klimovich, P. V., Shirts, M. R., & Mobley, D. L. (2015). Guidelines for the analysis of free energy calculations. Journal of computer-aided molecular design, 29(5), 397-411.
Shirts, M. R., & Mobley, D. L. (2013). An introduction to best practices in free energy calculations. In Biomolecular Simulations (pp. 271-311). Humana Press, Totowa, NJ.

Слайд 35

Thank you!

Thank you!

Слайд 36

Диффузия и проницаемость

Диффузия и проницаемость

Слайд 37

Диффузия и проницаемость

 

Диффузия и проницаемость

Слайд 38

PMF для разных молекул

PMF для разных молекул

Слайд 39

Проницаемость: корреляция теории и эксперимента

 

Проницаемость: корреляция теории и эксперимента