Clase # 2:
Campo de Fuerza
Prof. Ramón Garduño Juárez
Modelado Molecular
Diseño de Fármacos
¿Necesitamos un campo de fuerza?
• El Campo de Fuerza y la Superficie de Energía Potencial.
– Cambios en la energía de un sistema pueden ser considerados como
movimientos sobre una superficie multidimensional llamada la
“superficie de energía”. Fuerza es la primera derivada de la energía.
• En la mecánica molecular la dimensión de la superficie de
potencial es 3N, N es el número de partículas.
• La probabilidad de que un sistema molecular permanezca en
ciertas conformaciones pueden ser calculados si el potencial
subyacente es conocido.
Tres tipos de Campo de Fuerza
• Mecánica Cuántica (Ecuación de Schrodinger
para electrones), se aplica a sistemas con
menos de 100 átomos.
• Campo de Fuerza Empírico: mecánica
molecular (para átomos), puede ser usado para
sistemas hasta millones de átomos.
• Potencial Estadístico (flexible), sin restricción.
• Otro factor es cuantas conformaciones
necesitan ser evaluadas.
Campo de Fuerza mecánico molecular
• El potencial es la sumatoria de los siguientes
términos:
• Estiramiento de enlace,
• Curvatura de ángulo,
• Rotación angular (torsión),
• Interacciones no enlazantes
– Interacciones de van der Waals,
– Interacciones electrostáticas.
• (Puentes de hidrógeno).
• (Disolvente implícito).
• …
Figuras tomada del NIH guide of molecular modeling
Términos no enlazantes
Términos Cruzados
• E.g. Un ángulo de unión se reduce se encuentra
que las uniones adyacentes se estiran para reducir
la interacción entre los átomos 1 y 3.
3
1
2
• Estiramiento-estiramiento, estiramiento-doblez,
estiramiento-torsión, …
• Doblez-doblez-torsión, …
Características generales
• Formas y parámetros: correlacionados pero
pueden tener algunas características generales
independientes.
• Reproducen ciertas propiedades estructurales.
• Pueden ser usados para calcular espectros, aunque
no muy precisos.
• Transferibles: pueden ser usados para modelar un
grupo de moléculas relacionadas.
• Empíricos: no existe una forma “correcta”, a
menudo se necesita considerar tanto precisión y
eficiencia.
• Tipos de átomos : ambiente local e hibridación.
Parametrización del Campo de Fuerza
• Generalmente contiene una gran cantidad de
parámetros.
• La tarea es difícil y consume muchos recursos.
• Los resultados son sensitivos a los términos no
enlazantes y de tensión.
• “Prueba y error” son usados para corresponder los
resultados experimentales y los cálculos químico
cuánticos de las energías relativas de
conformaciones diferentes.
Aplicaciones 1:
Dinámica Molecular
• F=ma
• F es calculado a partir del potencial
mecánico molecular.
• Modela cambios conformacionales.
• Calcula propiedades tiempo-dependiente
(propiedades de transporte).
Aplicaciones 2
resolviendo estructuras de proteínas
• En el refinamiento de cristalografía de
rayos-X, encontrar la conformación de
mínima energía.
• Refinamiento de Dinámica Molecular con
datos de RMN.
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