Dinamica e meccanica molecolare

Per molecole di medie/grandi dimensioni.

Per descrivere complessi molto grandi si rinuncia alla discretizzazione

atomica e si passa a dei metodi a grana grossa (coarse grain), quindi 1

particella = 1 gruppo di atomi, es 1 amminoacido. Vantaggi nei tempi

di simulazione +brevi vs approssimazioni maggiori. Se per es voglio

vedere quanti leg idrogeno si formano non uso questa.

Per scala bassa posso usare anche la QM ma se saliamo di scala devo

usare la MD e poi per folding di una grossa molecola non riesco a usare la

MD.

1. Studiare l effetto di una mutazione sulla molecola, perché farlo in

vivo non è facile, quindi uso la mecc molec. Oppure accumulo di ioni e

variazioni di pH che influenzano la prot, cambiamenti ambientali.

2. per valutare l efficacia di un farmaco o ligando. Nella fase precoce

dello sviluppo di un farmaco, fase di screening, vengono create

migliaia di molecole con lo stesso obiettivo e vengono testate

virtualmente per analizzare configurazioni stabilità interazioni molec. Es

tecnica del docking molec studia la formazione di un complesso cioè

come si interfaccia il farmaco con la superficie della prot per

studiare i punti di ancoraggio.

3. Mondo delle nanostrutture e materiali, no strutture bio, x

caratterizzazione chimico fisica e adesione.

4. 5. nanodispositivi che imitino delle strutture molecolari, macchine

molecolari

6. folding x tempi, intermedi, trattamenti coadiuvatori del folding e

inibitori del misfolding, caratteristiche meccaniche delle molecole, che

danno info aggiuntive rispetto all esperimento, es evoluzione

temporale step by step

7. per fare dei test meccanici con sollecitazioni es pulling stretching.

Anche esperimenti di meccanotrasduzione sul citoscheletro.

Possiamo anche fare esperimenti virtuali su singole molecole,

mentre negli esperimenti reali posso farli su un bulk di molecole e vedere

solo il comportamento complessivo. Es misura delle forze sulle singole

molecole, simulando l intera molecola, e registrando quindi tutti i

meccanismi e i ruoli e le interazioni.

Definiamo un modello un sistema molecolare, ovvero un insieme di

atomi disposti nello spazio, che sono legati in un certo modo tra loro. Un

atomo risente delle forze di interazioni sia degli atomi a cui è leg

cov sia degli altri atomi più lontani. Ogni 3 atomi

definiscono un

piano

Gdl Gdl Gdl

radiali angolari torsionali

Distanza

tra gli

atomi Energia di Energia di non

legame legame

V(r) rappresenta il potenziale o l energia o il campo di forze.

Il potenziale di stretching è modellizzato come un potenziale

armonico, come se i due atomi siano collegati da una molla con una

rigidezza caratteristica (Kb) e una lunghezza a riposo (b0), che

dipendono dalla coppia atomi che sono legati. Quando gli atomi si

allontanano dal loro punto di equilibrio (b0) vengono richiamati lì da

forze reciproche, il punto di equilibrio è specifico dei due atomi. Due

parametri: rigidezza molla Kb cioè del legame e la distanza di

equilibrio b0 a cui si trovano i due atomi, quindi b-b0 è la distanza dalla

posizione di equilibrio. Il modello è una parabola che ha vertice in b0.

Bisogna sommare tutti i contributi di tutte le coppie di atomi legati

tra loro. B0 e Kb sono determinati sperimentalmente e tabulati per

ogni coppia di atomi possibile e possono cambiare anche all interno di

uno stesso atomo in condizioni differenti es leg singolo/doppio/in

posizione alpha atc.

Anche per il bending vale il potenziale armonico, in cui però l

oscillazione è angolare. Quindi vale lo stesso discorso di prima.

vdw ce l ho tra 1 atomo e tutti gli altri. l elettrostatico solo per particelle

cariche.

Van der Waals è la componente dovuta all attrazione tra atomi

vicini, che si avvicinano fino a una distanza minima oltre la quale

tenderebbero a respingersi, quindi c è un contributo attrattivo che

diminuisce e uno repulsivo che aumenta al diminuire della distanza. Da 0

va al picco negativo e poi risale all infinito. Il modello di riferimento è

quello di Lennard-Jones, in cui tengo conto di due contributi, uno

attrattivo e uno repulsivo, prevale l uno o l'altro a seconda della

distanza r tra gli atomi:

Con A e C costanti determinate sperimentalmente e dipendenti

dalla coppia di atomi.

D è 4*pi*epsilon0.

Questo va fatto per ogni atomo. Grosso dispendio computazionale,

di tempo. In generale è possibile trascurare alcune interazioni, che

sono tra atomi sufficientemente lontani. Introduco dei metodi di

cutof, cioè identifico un raggio di una sfera all interno di cui faccio i

calcoli e oltre la quale trascuro. Lo faccio moltiplicando l espressione dell

energia (vdw-L.J) per una funzione di switch, che mantiene il valore di

energia teorico fino a una certa distanza che è quella di cutof, per

poi annullarla per distanze maggiori, utilizzando una banda di transizione

non netta ovvero una certa distanza di switch di raccordo.