Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Метод молекулярной динамики при изучении структуры и конформационной динамики макромолекул на поверхностях твердых адсорбентов и в нанокластерах. Учеб
.pdf
концентрация атомов полиаланина достигает максимального значения на
0
20
40
60
2 3 4 5
0
6
12
18
0 0 .2 0.4 0.6 0 .8 1
r,нм
)(rn
t
, нм
-3
А
Б
E,
103 ккал/моль
t, нс
Ek Ep E
t
2
1
расстоянии 2.5 нм от оси нанотрубки, а после постепенно спадает до нуля на
расстоянии 5.25 нм. Аппроксимация графика радиальной зависимости атомов
на поверхности углеродной нанотрубки проводилась на основе (4.2), (4.5) и
(4.6) при r0=2.5 нм, R=2 нм, a=0.5нм, q=1.08 нм-1, =0.0035 эВнм, T=300 К.
Рисунок 4.2 Радиальная зависимость концентрации при t= 1нс (А, -1) атомов
полиаланина на поверхности углеродной нанотрубки. T=300К, выделенный
интервал - оценка среднеквадратичного отклонения
, аппроксимирующая
кривая (2). На рисунке Б – график зависимости энергии системы от времени
(Е
- полная, Еk-кинетическая, Еp- потенциальная)
t
На рисунке 4.2Б изображен график зависимости энергии системы от
времени моделирования. Полная (Е
= 15680 ккал/моль ) и потенциальная (Еp=
t
11176 ккал/моль) энергия системы уменьшается на участке от 0 до 0.27 нс, а
затем флуктуирует около некоторого среднего значения (Е
ккал/моль, Е
= 8788 ккал/моль). Кинетическая энергия незначительно
p
= 13256
t
флуктуирует у некоторого значения, соответствующего температуре
моделирования (Е
процессу адсорбции полипептида на поверхности нанотрубки.
При температуре моделирования 300 К (CHARMM22) на участке
траектории 0.9-1 нс было рассчитано радиальное распределение средней
концентрации атомов полиаланина на поверхности углеродной нанотрубки
(рисунок 4.3А). Средняя радиальная концентрация достигает максимального
= 4468 ккал/моль). Участок от 0 до 0.27 нс соответствует
k
101
значения на расстоянии 2.5 нм от оси нанотрубки, а после постепенно
0
20
40
60
2 3 4 5
0
10
20
30
40
50
2 3 4 5
r,нм
r,нм
)(_rn
, нм
-3
А
Б
)(_rn
, нм
-3
2 1 2
1
спадает до нуля на расстоянии 5.3 нм. Аппроксимация графика радиальной
зависимости средней концентрации атомов на поверхности нанотрубки
проводилась при r0=2.5 нм, R=2 нм, a=0.5 нм, q=1.09 нм-1, =0.0035 эВнм.
По 5 экспериментам с одинаковыми начальными условиями было рассчитано
радиальное распределение средней концентрации (рисунок 4.3Б), которая
достигает максимального значения на расстоянии 2.5 нм от оси нанотрубки, а
после постепенно спадает до нуля на расстоянии 5.3 нм. Аппроксимация
графика радиальной зависимости средней концентрации атомов на
поверхности нанотрубки проводилась при r0=2.5 нм, R=2 нм, a=0.5 нм, q=0.8
-1
нм
, =0.0031 эВнм.
Рисунок 4.3 Радиальная зависимость концентрации средняя на участке
траектории 0.9-1 нс (А, 1) и средняя по 5 экспериментам в момент времени
t=1 нс (Б, 1) атомов полиаланина на поверхности углеродной нанотрубки.
T=300К, выделенный интервал - оценка среднеквадратичного отклонения ,
аппроксимирующие кривые (2)
На рисунке 4.4 изображены результаты вычислений, проведенные с
использованием термостата Лоу-Андерсена. При температуре моделирования
300 К на в момент времени t=1 нс было рассчитано радиальное
распределение средней по 5 экспериментам с одинаковыми начальными
условиями концентрации атомов полиаланина на поверхности углеродной
нанотрубки (рис. 4.4А). Средняя радиальная концентрация достигает
102
максимального значения на расстоянии 2.55 нм от оси нанотрубки, а после
0
20
40
60
2 3 4 5
0
20
40
0 1 2 3
r,нм
r,нм
А
Б
)(_rn
, нм
-3
)(rn
t
, нм
-3
2 1 2
1
постепенно спадает до нуля на расстоянии 5.45 нм. Аппроксимация графика
радиальной зависимости средней концентрацией атомов на поверхности
нанотрубки проводилась при r0=2.55 нм, R=2 нм, a=0.5 нм, q=1.0 нм-1,
=0.0032 эВнм.
Рисунок 4.4 Радиальная зависимость концентрации полиаланина на
углеродной нанотрубке средняя по 5 экспериментам через 1 нс при 300 К (А,
1) и для случай адсорбции по внешней и внутренней поверхности атомов в
момент времени 1 нс при 900 К (Б, 1). Термостат Лоу-Андерсена,
выделенный интервал - оценка среднеквадратичного отклонения
аппроксимирующие кривые (2)
Наблюдался случай адсорбции полиаланина как по внешней, так и по
внутренней поверхности нанотрубки: часть звеньев разместилась внутри
нанотрубки (рисунок 4.4Б и 4.5). МД-моделирование производилось при 900
К на участке 0-1 нс, далее при 300 К на участке 1-2 нс (ТЛА). Распределение
радиальной концентрации атомов полиаланина имеет один максимум внутри
нанотрубки на расстоянии 1.5 нм и с снаружи 2.45 нм от оси нанотрубки.
,
Аппроксимация графика зависимости радиальной концентрации атомов на
внутренней поверхности углеродной нанотрубки проводилась на основе
(4.2), (4.5) и (4.6) от 0 до 2 нм при r0=1.5 нм, R=2 нм, a=0.5 нм, q=2.2 нм-1,
=0.0053 эВнм, T=300 К, на внешней - на основе (4.2), (4.8) и (4.9) от 2 до
3.8 нм при r0=2.45 нм, , a=0.5 нм, q=1.17 нм-1, =0.0035 эВнм, T=300 К.
103
Рисунок 4.5 Конформация полиаланина через 1 нс от начала изменения
исходной конфигурации. Температура 300 К, термостат Лоу-Андерсена
Полученные зависимости радиального распределения концентрации
атомов адсорбированного полипептида снаружи нанотрубки хорошо
аппроксимируются формулами, полученными для распределения звеньев из
уравнений статистической физики макромолекул, а в случае со средней
радиальной концентрацией полученная кривая попадает 68 % доверительный
предел. Максимум радиального распределения концентрации находится на
расстоянии от оси нанотрубки равном 2.45-2.6 нм.
104
Список использованных источников
1 Белащенко, Д. К. Компьютерное мо делирование некристаллических веществ методом молекулярно й динамики / Д. К. Белащенко //
Соросовский образовательный журнал. – 2001. – т.7, №8. – C. 44-50.
2 Гросберг, А. Ю. Статистическая физика макромолекул / А. Ю. Гросберг,
А.P. Хохлов. - М.: Наука. – 1989. – 344 с.
3 Кучеренко, М. Г. Размещение звеньев полимерной цепи в поле гладкой
твердой поверхности и в нанополостях пористого сорбента / М. Г.
Кучеренко, Т. М. Чмерева // Вестник ОГУ. – 2008. – №9. – С. 177-184.
4 Халатур, П. Г. Компьютерное моделирование полимеров / П. Г. Халатур,
А. Р. Хохлов // Соросовский образовательный журнал. – 2001. – Т.7, №8. – С.
37 – 43.
5 Хеерман, Д. В. Методы компьютерного эксперимента в теоретической
физике / Д. В. Хеерман. – М: Наука. – 1990. – 176 с.
6 Шайтан, К. В. Молекулярная динамика олигопептидов. 3. Карты уровней
свободной энергии модифицированных дипептидов и динамические
корреляции в аминокислотных остатках/ К. В. Шайтан, М. Д. Ермолаева, С.
С. Сарайкин // Биофизика. – 1999. – № 44. – С. 18-21.
7 Якубке, Х. Д. Аминокислоты, пептиды, белки / Х. Д. Якубке, Х. Ешкайт. М.: Мир. – 1985. – 456 с.
8 Allen, M. P. Computer Simulation of Liquids / M. P. Allen, A. K.
Tildesley // Oxford: Clarendon Press. – 1987. – 385 p.
9 Burlatsky, S.F. Diffusion-controlled reactions with polymers / S.F. Burlatsky,
G.S. Oshanin //Phys. Letters. A. 1990. – V. 145. - #1. – P. 61-65.
10 Car-Parrinello Molecular Dynamics // The CPMD consortium. – 2008. –
258 p.
11 Computational Biochemistry and Biophysics / O.M. Becker, J. Mackerell, B.
Roux, M. Watanabe // Marcel Dekker. – 2001. – 525 p.
105
12 Computational methods for protein folding / Richard A. Friesner. // John
Wiley & Sons, Inc. – 2002. – 528 p.
13 Deuflhard, P. Computational Molecular Dynamics: challenges, methods, ideas
/ P. Deuflhard //Springer. – 1997. – 504 p.
14 Foresman, J. Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods / J.
Foresman, Eleen Frisch //Gaussian, Inc.– 1993. – 302 p.
15 Frenkel, D. Understanding Molecular Simulation / D. Frenkel, B. Smit //San
Diego, California: Academic Press. –2002. – 658 p.
16 Ciccotti, G. Molecular - Dynamics simulation of statistical-mechanical
systems / W. G. Hoover, G. Ciccotti // North-Holland. – 1986. – 622p.
17 Gromacs user manual. // Department of Biophysical Chemistry, University of
Groningen. –2013. – 394 p.
18 Heermann, D.W. Computer Simulation Methods in Theoretical Physics / D.W
Heermann //Springer-Verlag. – 1986. – 155 p.
19 Hiechliffe, A. Modelling Molecular Structures / A. Hiechliffe // JOHN
WILEY & SONS. – 1997. – 336 p.
20 Hehre, W.J.The Molecular Modeling Workbook for Organic Chemistry / W.J.
Hehre, A.J. Shusterman, J.E. Nelson // Irvine: Wavefunction ink. – 1998. – 307 p.
21 HyperChem Release 7 for Windows // Hypercube, Inc. –2002. – 2170 p.
22 Lopez, C.A. Martini Coarse-Grained Force Field: Extension to Carbohydrates
/ C. A. Lopez, A. J. Rzepiela, A. H. Vries, L. Dijkhuizen, P.H. Hunenberger, S. J.
Marrink // J. Chem. Theory Comput. – 2009. – V. 5. – P. 3195-3210.
23 MacKerell, Jr., A.D. Empirical Force Fields for Biological Macromolecules:
Overview and Issues /A.D. MacKerell, Jr. // Journal of Computational Chemistry.
– 2004. – V. 25. – P. 1594-1604.
24 Marrink, S.J. The MARTINI Force Field: Coarse Grained Model for
Biomolecular Simulations / S.J. Marrink, H.J. Risselada, S. Yefimov, D. P.
Tieleman, A. H. Vries // J. Phys. Chem. – 2007. – V. 111. – P. 7812-7824.
106
25 Marx, D. Ab initio molecular dynamics: Theory and Implementation / D.
Marx., J. Hutter // Modern Methods and Algorithms of Quantum Chemistry. –
2000. – P. 301-449.
26 Monticelli, L. The MARTINI Coarse-Grained Force Field: Extension to
Proteins / L. Monticelli, S.K. Kandasamy, X. Periole, R. G. Larson, D. P.
Tieleman, S.J. Marrink // J. Chem. Theory and Comput. – 2008. – V. 4. – P. 819-
834.
27 NAMD User’s Guide. // Theoretical Biophysics Group, Beckman Institute,
University of Illinois. – 2012. – 200 p.
28 Nose, S. Constant-Temperature Molecular-Dynamics / S. Nose //
Journal of Physics - Condensed Matter. – 1990. – V. 2. – P. SA115-SA119.
29 Phillips, J. C. Scalable molecular dynamics with NAMD / J. C. Phillips, R.
Braun, W. Wang, J. Gumbart, E. Tajkhorshid, E. Villa, C. Chipot, R. D. Skeel, L.
Kale, K. Schulten //Journal of Computational Chemistry. – 2005. – 26 –P. 1781-
1802.
30 Rogers, D. Computational Chemistry Using the PC / D. Rogers // John
Wiley & Sons. – 2003. – 349 p.
31 Smith, W. The DL POLY 2 / W. Smith, T.R. Forester, I.T. Todorov //
STFC Daresbury Laboratory Daresbury, Warrington. – 2007. – 312 p.
32 VMD - Visual Molecular Dynamics / Humphrey, W., Dalke, A.,
Schulten, K. // J. Molec.Graphics. – 1996. – V. 14.1. - 33-38.
33 VMD User’s Guide. // Theoretical Biophysics Group, Beckman Institute,
University of Illinois. – 2012. – 200 p.
34 Young, D. C. Computational chemistry / D. C. Young // JOHN WILEY &
SONS. – 2001. – 398 p.
107
Учебное пособие
Никита Юрьевич Кручинин
МЕТОД МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИНАМИКИ ПРИ
ИЗУЧЕНИИ СТРУКТУРЫ И КОНФОРМАЦИОННОЙ
ДИНАМИКИ МАКРОМОЛЕКУЛ НА
ПОВЕРХНОСТЯХ ТВЕРДЫХ АДСОРБЕНТОВ И
В НАНОКЛАСТЕРАХ
108
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]